KR20180122342A - 미스트 발생장치, 성막장치, 미스트 발생 방법, 성막 방법, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
미립자(NP)를 포함하는 미스트(MT)를 발생하는 미스트 발생장치(MG1)는, 미립자(NP)를 포함하는 분산액(DIL)을 보유하는 용기(30a)와, 제1 주파수의 진동을 용기(30a) 내의 분산액(DIL)에 부여함으로써, 미립자(NP)의 분산액(DIL) 중에서의 응집을 억제하는 제1 진동부(32a)와, 제1 주파수보다도 높고, 분산액(DIL)의 표면으로부터 미립자(NP)를 포함하는 미스트(MT)를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 용기(30a) 내의 분산액(DIL)에 부여하는 제2 진동부(34a)를 구비한다.
Description
본 발명은, 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치 및 그 미스트 발생 방법과, 발생한 미스트를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 성막장치 및 그 성막 방법과, 형성된 박막을 이용하여 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스, 표시 디바이스, 배선 기판, 및 센서 소자 등의 제조 시에는, 금속 기판 또는 플라스틱 기판 등의 모재의 표면에, 성막장치를 사용하여 여러가지 종류의 물질에 의한 박막을 형성하고 있다. 성막장치에 의한 성막 방법으로서는, 진공 중의 고온도의 환경하에서 모재에 박막을 형성하는 방식이나, 성막해야 할 물질(미립자)을 포함하는 용액을 모재의 표면에 도포하여 건조시키는 방식 등, 여러가지 방식의 것이 알려져 있다. 근래에 있어서는, 제조 코스트의 저감, 생산성의 향상 때문에 진공 방식을 사용하지 않는 성막 법이 주목을 받고 있다.
그 일례로서 일본 특허공개 제2011-210422호 공보에는, 금속 물질을 포함하는 용액 또는 분산액을 안개 상태로 하여 기판에 분무하여, 모재가 되는 기판의 표면에 투명 도전막을 형성하는 성막법이 개시되어 있다. 이 일본 특허공개 제2011-210422호 공보에서는, 기판을 소정의 온도로 설정한 상태에서, 아연 화합물(염화아연 분말)과 주석 화합물(염화주석 분말)을 소정의 농도로 포함하는 탈수 에탄올이나 염산 등에 의한 용액을 미스트화하고, 그 미스트를 기판의 표면에 분무함으로써 투명 도전성 비정질막을 형성하고 있다. 이 탈수 에탄올이나 염산은, 염화아연 분말 및 염화주석 분말이 용액 중에서 응집하는 것을 억제하는 계면활성제로서 기능한다.
그렇지만, 용액에 계면활성제를 첨가하면, 형성된 박막내 및 박막상에 계면활성제가 남고, 이 남은 계면활성제가, 불순물로서 전기적 또는 광학적 혹은 화학적으로 박막의 특성을 열화시키는 우려가 있다. 따라서, 아닐(anneal)처리 등의 가열처리를 박막에 행함으로써 잔존하는 계면활성제를 없앨 필요가 있기 때문에, 성막을 위한 공정, 공수(工數)가 많아지는 것 외, 내열성이 있는 금속 물질이나 기판 재료 밖에 사용할 수 없다는 제약이 발생한다.
본 발명의 제1 양태는, 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서, 상기 미립자를 포함하는 미스트 생성용 용액을 보유하는 제1 용기와, 제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 용액 중에서의 응집을 억제하는 제1 진동부와, 상기 제1 주파수보다도 높고, 상기 용액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여하는 제2 진동부를 구비한다.
본 발명의 제2 양태는, 미립자를 포함하는 미스트를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 성막장치로서, 상기 미립자를 포함하는 분산액을 보유하는 용기와, 제1 주파수의 진동을 상기 용기 내의 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자가 상기 분산액 중에서 응집하는 사이즈를 상기 미스트의 사이즈 이하로 억제한 분산상태로 하는 제1 진동부와, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 제2 진동부를 구비한다.
본 발명의 제3 양태는, 미립자를 포함하는 분산액으로부터 미스트를 발생하는 미스트 발생 방법으로서, 제1 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과, 상기 제1 주파수보다도 높고, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하는 것을 포함한다.
본 발명의 제4 양태는, 미립자를 포함하는 분산액으로부터 발생하는 미스트를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 성막 방법으로서, 제1 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것을 포함한다.
본 발명의 제5 양태는, 기판에 소정의 처리를 행함으로써 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서, 제1 주파수의 진동을 미립자를 포함하는 분산액에 부여하여 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하여, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것과, 상기 기판을 상기 미스트에 노출하여, 상기 기판의 표면에 상기 미립자에 의한 박막을 형성하는 것과, 상기 기판의 표면에 형성된 상기 박막을 패터닝하여, 상기 전자 디바이스를 구성하는 회로의 적어도 일부의 패턴을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 제6 양태는, 기판에 소정의 처리를 행함으로써 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서, 제1 주파수의 진동을 미립자를 포함하는 분산액에 부여하여 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하여, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것과, 상기 기판을 상기 미스트에 노출하여, 상기 기판의 표면 중 상기 전자 디바이스를 위한 소정의 패턴에 대응한 부분에, 상기 미립자에 의한 박막을 선택적으로 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 제7 양태는, 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서, 상기 미립자를 포함하는 분산액을 보유하는 제1 용기와, 제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 분산액에 부여하는 제1 진동부와, 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 분산액에 부여하는 제2 진동부를 구비하며, 상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부의 적어도 한쪽의 진동에 의해서, 상기 분산액의 액면으로부터 상기 미스트를 발생시킨다.
본 발명의 제8 양태는, 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서, 상기 미립자를 포함하는 용액을 보유하는 제1 용기와, 제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 용액 중에서의 응집을 억제하는 제1 진동부와, 상기 용액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위해서, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기의 외부로부터 부여하는 제2 진동부를 구비하며, 상기 용액의 액면과 평행한 면 내에 있어서, 상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부를 소정
간격 떨어지게 떼어서 배치한다.
본 발명의 제9 양태는, 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 미스트 발생 방법으로서, 계면활성제가 되는 화학 성분을 포함하지 않는 액체에 상기 미립자를 소정의 농도로 혼합한 용액을 제1 용기에 저장하여, 상기 용액에 제1 진동파를 부여하는 것, 또는 상기 용액을 가열하는 것에 의해서, 상기 용액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 단계와, 상기 미립자가 상기 용액 중에서 상기 미스트의 사이즈 이상으로 응집하는 것을 억제하는 제2 진동파를 상기 용액에 부여하는 단계를 포함한다.
도 1은, 제1 실시형태에 있어서의 기판에 대해서 소정의 처리를 행하여 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 성막처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 미스트 발생장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 도포처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 노광처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5에 나타낸 회전 드럼을 +Z 방향측에서 본 도면이다.
도 7은, 도 1에 나타낸 습식처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은, 제2 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는, 제3 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은, 변형예 2에 있어서의 디바이스 제조 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개략 구성도이다.
도 11은, 변형예 5에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는, 변형예 6에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은, 변형예 7에 의한 미스트 발생장치의 구동 제어 회로부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는, 제4 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는, 도 14의 미스트 발생장치에 있어서의 분산액의 깊이와 무화 효율의 변화와의 관계를 실험에 의해 구한 그래프이다.
도 16은, 도 14의 미스트 발생장치에 있어서의 2개의 진동부의 간격과 무화 효율의 변화와의 관계를 실험에 의해 구한 그래프이다.
도 17은, 제4 실시형태의 변형예에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 18은, 도 14의 미스트 발생장치에서 발생한 미스트를 사용하여 기판에 나노 입자를 퇴적시키는 미스트 성막부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는, 도 14의 미스트 발생장치로 ZrO2 나노 입자를 물에 분산시켰을 때의 입도 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 20a, 도 20b는, 도 14의 미스트 발생장치와 도 18의 미스트 성막부를 이용하여, 샘플 기판상에 형성된 ZrO2 나노 입자의 막의 헤이즈(haze)율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 성막처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 미스트 발생장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 도포처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 노광처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5에 나타낸 회전 드럼을 +Z 방향측에서 본 도면이다.
도 7은, 도 1에 나타낸 습식처리를 실시하는 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은, 제2 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는, 제3 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은, 변형예 2에 있어서의 디바이스 제조 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개략 구성도이다.
도 11은, 변형예 5에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는, 변형예 6에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은, 변형예 7에 의한 미스트 발생장치의 구동 제어 회로부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는, 제4 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는, 도 14의 미스트 발생장치에 있어서의 분산액의 깊이와 무화 효율의 변화와의 관계를 실험에 의해 구한 그래프이다.
도 16은, 도 14의 미스트 발생장치에 있어서의 2개의 진동부의 간격과 무화 효율의 변화와의 관계를 실험에 의해 구한 그래프이다.
도 17은, 제4 실시형태의 변형예에 의한 미스트 발생장치의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 18은, 도 14의 미스트 발생장치에서 발생한 미스트를 사용하여 기판에 나노 입자를 퇴적시키는 미스트 성막부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는, 도 14의 미스트 발생장치로 ZrO2 나노 입자를 물에 분산시켰을 때의 입도 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 20a, 도 20b는, 도 14의 미스트 발생장치와 도 18의 미스트 성막부를 이용하여, 샘플 기판상에 형성된 ZrO2 나노 입자의 막의 헤이즈(haze)율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 양태와 관련되는 미스트 발생 방법 및 그것을 실시하는 미스트 발생장치, 미스트 발생 방법을 이용하여 박막을 형성하는 성막 방법 및 그것을 실시하는 성막장치, 및 미스트 발생 방법을 이용하여 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로 대해서, 적합한 실시형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 양태는, 이들 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 더한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 통상의 기술자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적당히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.
[제1 실시형태］
도 1은, 제1 실시형태의 디바이스 제조 시스템(기판처리 시스템)(10)의 개략적인 구성을 나타낸 개략 구성도이다. 또한, 이하의 설명에 대해서는, 특별히 미리 언급이 없는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 X·Y·Z의 직교좌표계를 설정하며, 도면에 나타낸 화살표를 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 가요성의 필름모양의 시트 기판(FS)에 소정의 처리를 행하여, 전자 디바이스를 제조하는 제조 시스템이다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이(필름모양의 디스플레이), 필름모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름모양의 컬러 필터, 플렉시블 배선, 또는 플렉시블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉시블·디스플레이를 전제로 해서 설명한다. 플렉시블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 시트 기판(FS)(이하, 기판이라고 함)을 롤 모양으로 감은 공급 롤(FR1)로부터 기판(FS)이 송출되어, 송출된 기판(FS)에 대해서 각 처리를 연속적으로 행한 후, 각종 처리 후의 기판(FS)을 회수 롤(FR2)로 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll To Roll) 방식의 구조를 가진다. 기판(FS)은, 기판(FS)의 이동 방향(반송 방향)이 길이 방향(장척(長尺))으로 되며, 폭 방향이 단수(短手) 방향(단척(短尺))으로 되는 띠 모양의 형상을 가진다. 본 제1 실시형태에서는, 시트 모양의 기판(FS)이, 적어도 처리장치(PR1~PR6)에 있어서의 각각의 처리를 거쳐, 회수 롤(FR2)에 권취될 때까지의 예를 나타내고 있다.
또한, 본 제1 실시형태에서는, X방향은, 디바이스 제조 시스템(10)의 설치면에 대해서 평행한 수평면 내에 있어서, 기판(FS)이 공급 롤(FR1)로부터 회수 롤(FR2)로 향하는 방향(기판(FS)의 반송 방향)이다. Y방향은, 상기 수평면 내에 있어 X방향과 직교하는 방향이며, 기판(FS)의 폭방향(단척 방향)이다. Z방향은, X방향과 Y방향에 직교하는 방향(상방향)이며, 중력이 작용하는 방향과 평행하다.
기판(FS)의 재료로서는, 예를 들면, 수지 필름, 또는 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어진 박(포일) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리에테르 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리아릴레이트 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 및 아세트산비닐 수지 중 적어도 한 개 이상을 포함한 것을 이용하여도 괜찮다. 또한, 기판(FS)의 두께나 강성(영률(Young's modulus))은, 기판(FS)에 좌굴에 의한 접힌 곳이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 좋다. 기판(FS)의 모재로서 두께가 25μm~200μm 정도의 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PES(폴리에테르설폰) 등의 필름은, 시트 기판의 전형이다.
기판(FS)은, 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리장치(PR1~PR6)의 각각에서 행하여지는 처리에 있어서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화티탄, 산화아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이어도 좋다. 또한, 기판(FS)은, 플로트(flot) 법 등으로 제조된 두께 100μm 이하의 극박유리의 단층체라도 좋고, 이 극박유리에 상기의 수지 필름, 또는 박 등을 접합한 적층체라도 좋다. 예를 들면, 극박유리의 한쪽의 표면에 진공 증착이나 도금(전해(電解) 또는 무전해(無電解))에 의해서 일정 두께(수 μm)의 동박 층을 균일하게 형성하고, 그 동박층을 가공하여 전자 회로의 배선이나 전극 등을 형성하도록 해도 괜찮다.
그런데, 기판(FS)의 가요성(flexibility)이란, 기판(FS)에 자중 정도의 힘을 가해도 전단하거나 파단하거나 하지는 않고, 그 기판(FS)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또한, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또한, 기판(FS)의 재질, 크기, 두께, 기판(FS)상에 성막되는 층 구조, 온도, 또는 습도 등의 환경에 따라서, 가요성의 정도는 변화한다. 어쨌건 간에, 본 제1 실시형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용의 부재에 기판(FS)을 올바르게 권취한 경우에, 좌굴하여 접힌 곳이 생기거나 파손(찢어짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(FS)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
처리장치(PR1)는, 공급 롤(FR1)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 처리장치(PR2)를 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)에 대해서 기초(下地)처리를 행하는 처리장치이다. 이 기초처리로서는, 예를 들면, 초음파 세정처리나 UV 오존 세정처리 등을 들 수 있다. 특히, UV 오존 세정처리를 실시하는 것에 의해서, 기판(FS)의 표면에 부착되어 있는 유기물 오염이 제거됨과 아울러, 기판(FS)의 표면이 친액성으로 개질된다. 따라서, 후술하는 처리장치(PR2)에 의해서 형성되는 박막의 기판(FS)에 대한 밀착성이 향상된다. 또한, 기초처리로서, 플라스마 표면처리를 실시해도 좋다. 플라스마 표면처리에서도 마찬가지로, 기판(FS)의 표면에 부착되어 있는 유기물 오염을 제거하여, 기판(FS)의 표면을 친액성으로 개질시킬 수 있다.
처리장치(PR2)는, 처리장치(PR1)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 처리장치(PR3)를 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)에 대해서 성막처리를 행하는 처리장치이다. 처리장치(PR2)는, 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키고, 발생시킨 미스트를 이용하여 기판(FS)상의 박막을 형성한다. 본 제1 실시형태에서는, 금속성 미립자를 이용하기 때문에, 기판(FS)상에 금속성 박막(금속성 박막)이 형성되게 된다. 또한, 유기성 미립자 또는 무기성 미립자를 이용하는 경우는, 기판(FS)상에 유기성 또는 무기성 박막이 형성되게 된다.
처리장치(PR3)는, 처리장치(PR2)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 처리장치(PR4)를 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)에 대해서 도포처리를 행하는 처리장치이다. 처리장치(PR3)는, 기판(FS)의 금속성 박막 상에 감광성 기능액을 도포하여, 감광성 기능층을 형성한다. 본 제1 실시형태에서는, 감광성 기능액(층)으로서 포토레지스트(photoresist)를 이용한다.
처리장치(노광장치)(PR4)는, 처리장치(PR3)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 처리장치(PR5)를 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)의 감광면(감광성 기능층의 표면)에 대해서 노광처리를 행한다. 처리장치(PR4)는, 기판(FS)에 대해서 디스플레이용의 회로의 배선 또는 전극 등에 따른 패턴을 노광한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 패턴에 따른 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.
처리장치(PR5)는, 처리장치(PR4)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 처리장치(PR6)를 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)에 대해서 습식처리를 행한다. 처리장치(PR5)는, 습식처리로서 현상처리(세정처리도 포함함)를 실시한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 잠상으로서 형성된 패턴에 대응한 형상의 레지스터층이 출현한다.
처리장치(PR6)는, 처리장치(PR5)로부터 반송되어 온 기판(FS)을 회수 롤(FR2)을 향해서, 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 소정의 속도로 반송하면서, 기판(FS)에 대해서 습식처리를 행한다. 처리장치(PR6)는, 습식처리로서 에칭처리(세정처리도 포함함)를 실시한다. 이것에 의해, 레지스터층을 마스크로서 에칭처리가 행하여져, 금속성 박막에, 디스플레이용의 회로의 배선이나 전극 등에 따른 패턴이 출현한다. 이 패턴이 형성된 금속성 박막은, 전자 디바이스인 플렉시블·디스플레이를 구성하는 패턴층이 된다. 또한, 복수의 처리장치(PR1~PR6)의 각각은, 기판(FS)을 반송 방향(+X방향)으로 반송하는 반송기구를 구비하고 있지만, 그것들 개개의 반송기구는 디바이스 제조 시스템(10)의 전체의 기판 반송장치로서 기능하도록 상위 제어장치(12)에 의해서 통괄적으로 제어된다. 원칙으로서 각 처리장치(PR1~PR6)에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도는 서로 동일로 하지만, 각 처리장치(PR1~PR6)의 처리 상태, 처리 상황 등에 의해서 각 처리장치(PR1~PR6)에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도를 서로 다르게 하는 것도 가능하다.
상위 제어장치(12)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리장치(PR1~PR6), 공급 롤(FR1), 및 회수 롤(FR2)을 제어한다. 상위 제어장치(12)는, 공급 롤(FR1) 및 회수 롤(FR2)의 각각에 마련된 도시하지 않은 회전 구동원의 모터를 제어함으로써, 공급 롤(FR1) 및 회수 롤(FR2)의 회전 속도를 제어한다. 처리장치(PR1~PR6)의 각각은, 하위 제어장치(14)(14a~14f)를 포함하며, 하위 제어장치(14a~14f)는, 상위 제어장치(12)의 제어하에서, 처리장치(PR1~PR6) 내의 각 기능(반송기구, 처리부 등)을 제어한다. 상위 제어장치(12) 및 하위 제어장치(14a~14f)는, 컴퓨터와, 프로그램이 기억된 기억 매체를 포함하며, 상기 컴퓨터가 상기 기억 매체에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 본 제1 실시형태의 상위 제어장치(12) 및 하위 제어장치(14a~14f)로서 기능한다. 또한, 이 하위 제어장치(14)는, 상위 제어장치(12)의 일부라도 좋고, 상위 제어장치(12)와는 다른 제어장치라도 좋다.
[처리장치(PR2)의 구성]
도 2는, 처리장치(성막장치)(PR2)의 구성을 나타낸 도면이다. 처리장치(PR2)는, 미스트 발생장치(MG1, MG2), 가스 공급부(기체 공급부)(SG), 분무 노즐(NZ1, NZ2), 성막실(22), 기판 반송기구(24), 및 건조처리 유닛(26)을 구비한다.
미스트 발생장치(MG1, MG2)는, 박막을 형성하기 위한 박막 원료인 분산질(分散質)(미립자(NP))을 포함하는 분산액(슬러리)(DIL)을 무화(霧化)시켜, 무화한 미립상 액체, 즉, 미스트(MT)를 발생한다. 이 미스트(MT)의 입경(粒徑)은, 2~5μm이며, 이것 보다도 충분히 작은 나노 사이즈의 미립자(NP)가, 미스트(MT)에 내포되어 분산액(DIL)의 표면으로부터 방출된다. 미립자(NP)는, 금속성 미립자, 유기성 미립자, 및 무기성 미립자 중 적어도 한 개를 포함하는 것이라도 좋다. 따라서, 미스트(MT)에 포함되는 미립자는, 금속 나노 입자, 유기 나노 입자, 및 무기 나노 입자 중 적어도 한 개를 포함하게 된다. 본 제1 실시형태에서는, 미립자(NP)로서 금속성인 ITO(산화 인듐 주석)의 미립자를 이용하고, 용매(분산매)로서 물(순수)을 이용한다. 따라서, 분산액(DIL)은, ITO의 미립자(NP)가 수중에 분산된 수(水)분산액이 된다. 미스트 발생장치(MG1, MG2)는, 초음파 진동을 이용하여 미스트(MT)를 발생한다. 또한, 미스트 발생장치(MG1, MG2)에는, 분산매(分散媒)(물)를 미스트 발생장치(MG1, MG2)에 공급하는 분산매 공급부(SW)가 액체 유로(WT)를 통해서 접속되어 있다. 분산매 공급부(SW)로부터의 물은, 미스트 발생장치(MG1, MG2)의 각각에 마련된 후술하는 용기(30a, 30b)(도 3 참조)에 공급된다.
미스트 발생장치(MG1, MG2)에는, 공급관(ST1, ST2)을 통해서 분무 노즐(NZ1, NZ2)이 접속되어 있다. 또한, 미스트 발생장치(MG1, MG2)에는, 압축 가스인 캐리어 가스를 발생하는 가스 공급부(SG)가 가스 유로(GT)를 통해서 접속되어 있어, 가스 공급부(SG)가 발생한 캐리어 가스는, 가스 유로(GT)를 통하여, 소정의 유량으로 미스트 발생장치(MG1, MG2)에 공급된다. 이 미스트 발생장치(MG1, MG2)에 공급된 캐리어 가스는, 공급관(ST1, ST2)을 통하여 분무 노즐(NZ1, NZ2)로부터 방출된다. 따라서, 미스트 발생장치(MG1, MG2)가 발생한 미스트(MT)는, 이 캐리어 가스에 의해서 분무 노즐(NZ1, NZ2)로 반송되어, 분무 노즐(NZ1, NZ2)로부터 방출된다. 미스트 발생장치(MG1, MG2)에 공급하는 캐리어 가스의 유량(NL/min)을 바꾸는 것에 의해서, 분무 노즐(NZ1, NZ2)에 공급하는 미스트(MT)의 유량을 바꿀 수 있다. 캐리어 가스로서는, 질소나 비활성 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있으며, 본 제1 실시형태에서는 질소를 이용하는 것으로 한다. 또한, 공급관(ST1, ST2)은, 주름 형태의 호스이며, 유로를 임의로 접어 구부릴 수 있다.
공급관(ST1, ST2)의 하류 측에 마련되어 있는 분무 노즐(NZ1, NZ2)의 선단 부분은, 성막실(22) 내에 삽입되어 있다. 분무 노즐(NZ1, NZ2)에 공급된 미스트(MT)는, 캐리어 가스와 함께 분무 노즐(NZ1, NZ2)의 분무구(OP1, OP2)로부터 분무된다. 이것에 의해, 성막실(22) 내에서, 분무 노즐(NZ1, NZ2)의 -Z방향측에서, 연속적으로 반송되는 기판(FS)의 표면에 ITO의 금속성 박막(기능성 재료층)을 형성할 수 있다. 이 성막(박막의 형성)은, 대기압 하에서 실시해도 괜찮고, 소정의 압력 하에서 실시해도 괜찮다.
성막실(성막부, 미스트 처리부)(22)에는, 성막실(22) 내의 기체를 외부에 배기하는 배기부(22a)가 마련됨과 아울러, 성막실(22) 내에 기체를 공급하기 위한 공급부(22b)가 마련되어 있다. 이 배기부(22a) 및 공급부(22b)는, 성막실(22)의 벽에 마련되어 있다. 배기부(22a)에는, 기체를 흡인하는 도시하지 않은 흡인장치가 마련되어 있다. 이것에 의해, 성막실(22) 내의 기체가 배기부(22a)로 빨려 들어가 성막실(22)의 밖으로 배기됨과 아울러, 공급부(22b)로부터 기체가 성막실(22) 내로 흡기된다. 또한, 성막실(22)에는, 드레인 유로(22c)가 마련되어 있다. 이 드레인 유로(22c)는, 기판(FS)에 정착하지 않았던 박막 원료나 분산매(물 등)를 배수처리장치(DR)를 향하여 배출하는 것이다.
또한, 본 제1 실시형태에서는, 국제공개 제2015/159983호 공보에 나타나 있듯이, 배기부(22a)의 배기구를 분무 노즐(NZ1, NZ2)의 분무구(OP1, OP2)에 대해서 중력이 작용하는 방향과는 반대측(+Z방향측)에 배치하며, 또한, 처리장치(PR2) 내에서, 중력과 직교하는 평면(XY 평면과 평행한 평면)에 대해서 기판(FS)을 경사시켜 반송하고 있다. 이것에 의해, 형성되는 박막의 막 두께를 균일화할 수 있다.
기판 반송기구(24)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송장치의 일부를 구성하는 것으로, 처리장치(PR1)로부터 반송되는 기판(FS)을, 처리장치(PR2) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리장치(PR2)에 소정의 속도로 배출한다. 기판(FS)이 기판 반송기구(24)의 복수의 롤러 등에 걸쳐져 반송되는 것에 의해서, 처리장치(PR2) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송기구(24)는, 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)으로부터 차례로, 닙(nip)롤러(NR1), 안내롤러(R1~R3), 에어 턴 바(AT1), 안내롤러(R4), 에어 턴 바(AT2), 안내롤러(R5), 에어 턴 바(AT3), 닙롤러(NR2), 및 안내롤러(R6)를 구비한다. 성막실(22)은, 안내롤러(R1)와 안내롤러(R2)와의 사이에 마련되며, 안내롤러(R2~R6), 에어 턴 바(AT1~AT3), 및 닙롤러(NR2)는, 건조처리 유닛(26) 내에 배치되어 있다. 따라서, 성막실(22) 내에서 표면에 박막이 형성된 기판(FS)이 건조처리 유닛(26)으로 보내진다. 성막실(22) 내에서 기판(FS)을 경사시켜 반송하기 위해, 안내롤러(R2)를 안내롤러(R1)에 대해서 +Z방향 측에 배치했지만, 안내롤러(R2)를 안내롤러(R1)에 대해서 -Z방향 측에 배치시켜도 괜찮다.
닙롤러(NR1, NR2)는, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 반송하지만, 각 닙롤러(NR1, NR2)의 기판(FS)의 이면 측에 접촉하는 롤러는 구동롤러로 하며, 기판(FS)의 표면 측에 접촉하는 롤러는 종동롤러로 한다. 종동롤러는, 기판(FS)의 폭방향(Y방향)의 양단부만 접촉하도록 구성되며, 기판(FS)의 표면에서 박막이 형성되는 영역(디바이스 형성 영역)에는 최대한 접촉하지 않도록 설정된다. 에어 턴 바(AT1~AT3)는, 외주면에 형성된 다수의 미세한 분출구멍으로부터 기체(공기 등)를 분출하는 것에 의해서, 기판(FS)의 표면의 성막면(박막이 형성된 면)측으로부터, 성막면과 비접촉 상태(또는 저마찰 상태)로 기판(FS)을 지지한다. 안내롤러(R1~R6)는, 기판(FS)의 성막면과는 반대측의 면(이면)과 접촉하면서 회전하도록 배치되어 있다. 도 1에 나타낸 하위 제어장치(14b)는, 닙롤러(NR1, NR2)의 각 구동롤러에 마련된 도시하지 않은 회전 구동원의 모터를 제어함으로써, 처리장치(PR2) 내에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도를 제어한다.
건조처리 유닛(26)은, 성막된 기판(FS)에 대해서 건조처리를 행한다. 건조처리 유닛(26)은, 드라이 에어 등의 건조용 에어(온풍)를 기판(FS)의 표면에 불어내는 블로어, 적외선 광원, 세라믹 히터 등에 의해서, 기판(FS)의 표면에 포함되는 물 등의 분산매(용매)를 제거하여, 형성된 금속성 박막을 건조시킨다. 또한, 건조처리 유닛(26)은, 기판(FS)을 소정 길이에 걸쳐서 축적 가능한 축적부(버퍼)로서 기능한다. 이것에 의해, 처리장치(PR1)로부터 보내져 오는 기판(FS)의 반송 속도와 처리장치(PR3)에 보내는 기판(FS)의 반송 속도를 다른 속도로 했을 경우라도, 그 속도차이를 건조처리 유닛(26)에서 흡수할 수 있다. 건조처리 유닛(26)은, 주로, 건조부(26a)와 축적부(26b)로 구분할 수 있다. 건조부(26a)는, 상술한 것처럼 기판(FS)의 표면에 형성된 박막을 건조시키는 것으로, 안내롤러(R2)와 안내롤러(R3)와의 사이에 박막의 건조를 실시한다. 그리고, 축적부(26b)는, 안내롤러(R3)와 닙롤러(NR2)와의 사이에서, 그 축적 길이를 변화시킨다. 축적부(26b) 내에서는, 기판(FS)을 축적할 수 있는 소정 길이(최대 축적 길이)를 길게 하기 위해서, 안내롤러(R3~R5) 및 닙롤러(NR2)를, 에어 턴 바(AT1~AT3)에 대해서 +X방향 측에 배치함으로써, 기판(FS)의 반송로를 꾸불꾸불(蛇行)하게 하여 기판(FS)을 -Z방향으로 반송시키고 있다.
에어 턴 바(AT1~AT3)는, -X방향으로 보내지는 기판(FS)을 +X방향으로 되돌아가도록 구성됨과 아울러, 소정의 스트로크의 범위 내에서 ±X방향으로 이동 가능하게 구성된다. 그리고 에어 턴 바(AT1~AT3)는, 상시, -X방향 측으로 변위하도록 소정의 힘(텐션)이 가해져 있다. 따라서, 건조처리 유닛(26)에 입출하는 기판(FS)의 반송 속도의 차이, 구체적으로는 2개의 닙롤러(NR1, NR2)의 각각의 위치에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도의 차이에 의해서 생기는 건조처리 유닛(26) 내의 기판(FS)의 축적 길이의 변화에 따라서 에어 턴 바(AT1~AT3)가 X방향(+X방향 또는 -X방향)으로 이동한다. 이것에 의해, 건조처리 유닛(26)은, 기판(FS)에 소정의 텐션을 부여한 상태로 소정 길이에 걸쳐서 기판(FS)을 축적할 수 있다.
다음에, 미스트 발생장치(MG1, MG2)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 미스트 발생장치(MG1, MG2)는, 서로 동일한 구성을 가지기 때문에, 미스트 발생장치(MG1)에 대해서만 설명한다. 도 3은, 미스트 발생장치(MG1)의 구성을 나타낸 도면이다. 미스트 발생장치(MG1)는, 용기(30a, 30b)를 가진다. 용기(30a, 30b)는, 분산액(DIL)을 보유하는 것이다. 이 분산액(DIL)은, 미립자(NP)의 응집을 억제하기 위한 계면활성제가 첨가되어 있지 않은 용액, 즉, 계면활성제로서의 화학 성분의 함유량이 실질적으로 영(0)의 분산액이다. 용기(30a)에는, 진동부(32a, 34a)가 마련되어 있으며, 용기(30b)에는, 진동부(34b)가 마련되어 있다. 진동부(32a, 34a, 34b)는, 초음파 진동자를 포함하며, 분산액(DIL)에 초음파 진동을 부여한다. 또한, 편의적으로, 용기(30a)가 보유하는 분산액(제1 분산액)(DIL)을 DIL1로 표현하며, 용기(30b)가 보유하는 분산액(제2 분산액)(DIL)을 DIL2로 표현하는 경우가 있다.
여기서, 미립자(NP)는, 시간의 경과와 함께 분산액(DIL) 중에서 응집해 버린다. 또한, 미립자(NP)가 분산액(DIL) 중에서 균일하게 확산하고 있지 않은 경우도 있다. 그 때문에, 진동부(제1 진동부)(32a)는, 그 응집한 미립자(NP)를 분쇄(분산)하며, 또한, 미립자(NP)의 분산액(DIL1) 중에서의 응집을 억제하기 위해서, 제1 주파수의 진동을 용기(30a) 중의 분산액(입자 분산액)(DIL1)에 부여한다. 이것에 의해, 분산액(DIL1) 중의 미립자(NP)가 확산한다. 일반적으로, 초음파 진동은 주파수가 높을수록 에너지가 높지만, 액중에 있어서는 에너지가 높은 만큼 액에 의한 흡수가 발생하여, 진동이 넓게 확산되지 않는다. 그 때문에, 응집한 미립자(NP)를 효율적으로 분산하기 위해서는 비교적 낮은 주파수가 바람직하다. 예를 들면, 용매가 물인 경우는, 제1 주파수는, 1MHz보다 낮은 주파수이며, 바람직하게는 200kHz 이하이다. 본 제1 실시형태에서는, ITO의 미립자(NP)를 포함하는 수분산액(입자 분산액)(DIL1)을 이용하고, 제1 주파수를 20kHz로 한다. 진동부(32a)의 진동에 의해서 분쇄된 ITO의 미립자(NP)의 지름은, 큰 것부터 작은 것까지 여러가지이다. 진동부(32a)를 마련하는 것에 의해, 미립자(NP)의 응집을 억제하는 계면활성제를 분산액(DIL1)에 첨가할 필요가 없어진다.
진동부(제2 진동부)(34a)는, 분산액(DIL1)의 표면으로부터 무화한 미스트(MT)(이하, MTa로 부르는 경우가 있음)를 발생시키기 위해서, 제2 주파수를 용기(30a) 중의 분산액(DIL1)에 부여한다. 비교적 높은 주파수에서는, 액체가 캐비테이션(cavitation)에 의해 미스트화하고, 액 표면으로부터 연속해서 대기중에 방출된다. 예를 들면, 용매가 물인 경우는, 제2 주파수는, 1MHz 이상의 주파수이다. 본 제1 실시형태에서는, 제2 주파수를 2.4MHz로 한다. 진동부(34a)의 진동에 의해서 무화된 미스트(MTa)의 지름(입경)은, 예를 들면, 2μm~5μm이며, 이것보다 충분히 작은 입경의 ITO의 미립자(나노 입자)(NP)가 미스트(MTa)에 내포되고, 용기(30a) 중의 분산액(DIL1)의 표면으로부터 방출된다. 즉, 비교적 큰 ITO의 미립자(NP)는, 그대로 분산액(DIL1) 중에 남게 된다. 또한, 미스트(MT)의 1 입자의 사이즈(직경 2~5μm)에 내포되는 미립자(나노 입자)(NP)는, 1 입자씩 깨끗이 분산되어 있을 필요는 없고, 수 입자~수십 입자가 응집한 덩어리라도 좋다. 예를 들면, 미립자(NP)의 1 입자의 사이즈가 수 nm~수십 nm인 경우, 이 미립자(NP)의 입자의 10개 정도가 덩어리가 되어 응집하고 있었다고 해도, 그 덩어리의 사이즈는 수십 nm~수백 nm 정도가 되며, 이것은 미스트(MT)의 1 입자의 사이즈보다는 충분히 작고, 무화시에 미스트(MT)에 내포된다. 따라서, 진동부(32a)에 의해서 분산액(DIL) 중에서의 미립자(나노 입자)(NP)의 응집을 억제한다는 것은, 미립자(나노 입자)(NP)를, 반드시 1 입자 단위까지 분산시키는 것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 미립자(나노 입자)(NP)의 응집한 덩어리가 있어도, 그 덩어리의 사이즈가 미스트(MT)의 사이즈보다도 충분히 작아지는 정도로 진동부(32a)에 의해서 분산되어 있으면 괜찮다.
용기(30a)와 용기(30b)는, 미스트 반송 유로(36a)에 의해서 접속되어 있으며, 가스 공급부(SG)로부터 공급된 캐리어 가스에 의해서, 용기(30a) 내에서 발생한 미스트(MTa)가 용기(30b)로 반송된다. 즉, 용기(30b) 내에, 캐리어 가스와 미스트(MTa)가 혼합된 처리 가스(MPa)가 반송된다. 또한, 용기(30a) 내에는, 깔때기 모양의 미스트 수집부재(38a)가 마련되며, 무화되어 발생한 미스트(MTa)는 미스트 수집부재(38a)에 의해서 수집된 후 미스트 반송 유로(36a)에 반입된다.
용기(30b)는, 캐리어 가스에 의해서 반송되어 온 미스트(MTa)가 액화한 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2)을 보유한다. 즉, 용기(30b)로 반송되어 온 미스트(MTa) 가운데, 액화한 것이 분산액(DIL2)으로서 용기(30b) 내에 축적된다. 용기(30b) 내의 분산액(DIL2) 중의 미립자(NP)는, 미스트(MT)의 지름(예를 들면, 2μm~5μm)보다도 충분히 작은 입경의 미립자(나노 입자)(NP)로 되어 있다. 용기(30b)에 마련된 진동부(제4 진동부)(34b)가 제2 주파수(본 제1 실시형태에서는, 2.4MHz)의 진동을 용기(30b) 중의 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2)에 부여한다. 이것에 의해, 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2)의 표면으로부터 다시 무화한 미스트(MT)(이하, MTb로 부르는 경우가 있음)가 발생한다. 따라서, 분산액(DIL2) 중의 ITO의 미립자(나노 입자)(NP)도 미스트(MTb)에 내포되어, 용기(30b) 중의 분산액의 표면으로부터 방출되게 된다.
또한, 미립자(NP)는, 시간이 어느 정도 경과한 후 서서히 응집해 가므로, 제1 주파수에 의한 진동의 부여를 정지해도 즉시 응집하기 시작하지는 않는다. 그러나, 용기(30b)가 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2)을 일정시간 이상 보유할 필요가 있는 경우에는, 용기(30b)에도 제1 주파수의 진동을 분산액(DIL2)에 부여하는 진동부(제3 진동부)(32b)(일점 쇄선으로 도시)를 마련하도록 해도 괜찮다. 이것에 의해, 용기(30b) 내의 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2) 중의 나노 입자인 미립자(NP)가 응집하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 진동부(32a, 32b)에 의해서 분산액(DIL)에 부여하는 초음파 진동은 소정 시간마다 간헐적이어도 괜찮다.
용기(30b)와 공급관(ST1)은, 미스트 반송 유로(36b)에 의해서 접속되어 있으며, 용기(30b) 내에 공급된 캐리어 가스에 의해서, 용기(30b) 내로 반송되어 온 미스트(MTa)와 용기(30b) 내에서 발생한 미스트(MTb)가 공급관(ST1)으로 반송된다. 즉, 용기(30b) 내에 존재하는 미스트(MTa, MTb)와 캐리어 가스가 혼합된 처리 가스(MPb)가 미스트 반송 유로(36b)를 통해서 공급관(ST1)으로 반송된다. 이것에 의해, 용기(30b) 내에 존재하는 미스트(MTa, MTb)가 분무 노즐(NZ1)의 분무구(OP1)로부터 분무된다. 즉, 분무 노즐(NZ1)로부터 처리 가스(MPb)가 분무된다. 용기(30b) 내에는, 미스트 수집부재(38b)가 마련되며, 용기(30b) 내에 존재하는 미스트(MTa, MTb)는 미스트 수집부재(38b)에 의해서 수집된 후 미스트 반송 유로(36b)에 반입된다. 또한, 미스트 발생장치(MG2)의 경우는, 미스트 반송 유로(36b)에 의해서 용기(30b)가 공급관(ST2)과 접속되어 있으며, 가스 공급부(SG)로부터 공급된 캐리어 가스에 의해서, 용기(30b) 내에 존재하는 미스트(MTa, MTb)가 공급관(ST2)으로 반송된다. 이것에 의해, 용기(30b) 내로 반송되어 온 미스트(MTa)와 용기(30b) 내에서 발생한 미스트(MTb)가 분무 노즐(NZ2)의 분무구(OP2)로부터 분무된다.
용기(30a)에는, 분산질인 ITO의 미립자(NP)를 용기(30a) 내에 공급하는 분산질 공급부(DD)가 마련되어 있다. 따라서, 분산매 공급부(SW)(도 2 참조)로부터 용기(30a) 내에 공급된 분산매(물)와 분산질 공급부(DD)로부터 공급된 분산질(미립자(NP))에 의해서, 용기(30a) 내에 축적되는 분산액(DIL1)이 생성됨과 아울러, 분산액(DIL1) 중의 미립자(NP)의 농도가 조정된다. 생성된 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)는, 분산되어 있지 않은 경우도 있지만, 진동부(32a)에 의한 진동에 의해서 분산된다. 또한, 분산매 공급부(SW)에 의해서, 용기(30b) 내의 분산액(DIL2) 중의 미립자(NP)의 농도가 조정된다. 용기(30a, 30b)에는, 무화를 촉진하기 위해서 분산액(DIL)을 냉각하기 위한 쿨러(CO1, CO2)가 마련되어 있다. 이 쿨러(CO1, CO2)는, 예를 들면, 용기(30a, 30b)의 외주에 권취된 환상(環狀, 고리 모양)의 관에 의해서 구성되며, 그 관 안에 냉각된 공기나 액체를 흘리는 것으로 분산액(DIL1, DIL2)을 냉각할 수 있다.
미스트 반송 유로(36a, 36b)에는, 농도 센서(SC1, SC2)가 마련되어 있다. 농도 센서(SC1)는, 미스트 반송 유로(36a) 내의 처리 가스(MPa)에 포함되는 미립자(나노 입자)(NP)의 농도를 검출하며, 농도 센서(SC2)는, 미스트 반송 유로(36b) 내의 처리 가스(MPb)에 포함되는 미립자(나노 입자)(NP)의 농도를 검출한다. 농도 센서(SC1, SC2)는, 처리 가스(MPa, MPb)의 흡광도를 측정함으로써, 미립자(NP)의 농도를 검출한다. 예를 들면, 농도 센서(SC1, SC2)로서 분광 광도계를 이용할 수 있다. 또한, 농도 센서(SC1, SC2)를 용기(30a, 30b)에 마련함으로써, 용기(30a, 30b)의 분산액(DIL1, DIL2) 중의 미립자(NP)의 농도를 검출하도록 해도 괜찮다.
하위 제어장치(14b)는, 농도 센서(SC1, SC2)가 검출한 미립자(나노 입자)(NP)의 농도에 기초하여, 미스트 반송 유로(36a, 36b) 내의 미립자(나노 입자)(NP)의 농도, 또는 분산액(DIL1, DIL2) 중의 미립자(NP)의 농도가, 소정의 농도가 되도록 제어한다. 구체적으로는, 하위 제어장치(14b)는, 가스 공급부(SG)가 공급하는 캐리어 가스의 유량, 분산매 공급부(SW)가 공급하는 물의 유량, 분산질 공급부(DD)가 공급하는 미립자(NP)의 양, 진동부(32a, 34a, 34b)를 제어함으로써, 미립자(나노 입자)(NP)의 농도를 제어한다.
또한, 성막하는 미립자(NP)의 종류에 따라서는, 분무 노즐(NZ1, NZ2)에 공급하는 캐리어 가스를 혼합 가스로 하고 싶은 경우가 있다. 따라서, 이러한 경우에는, 미스트 반송 유로(36b)와 공급관(ST1)(ST2)과의 접속 부분에 혼합부(MX)를 마련하고, 혼합부(MX)에, 용기(30a, 30b)에 공급되는 압축 가스(예를 들면, 질소)와는 다른 불활성 가스, 예를 들면, 아르곤의 압축 가스를 공급한다. 이것에 의해, 공급관(ST1)(ST2)에 공급되는 캐리어 가스를 질소와 아르곤과의 혼합 가스로 할 수 있다.
용기(30a)에서 발생한 미스트(MTa)를 용기(30b)로 반송하도록 했지만, 용기(30a)에서 발생한 미스트(MTa)를, 그대로 분무 노즐(NZ1)(NZ2)을 통해서 성막실(미스트 처리부, 성막부)(22)에 공급해도 괜찮다. 이 경우는, 용기(30b)와 미스트 반송 유로(36b)는 불필요해져, 미스트 반송 유로(36a)를 공급관(ST1)(ST2)에 접속하면 좋다.
[처리장치(PR3)의 구성]
도 4는, 처리장치(도포장치)(PR3)의 구성을 나타낸 도면이다. 처리장치(PR3)는, 기판 반송기구(42), 다이코터헤드(Die Coater Head; DCH), 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3), 및 건조처리부(44)를 구비한다.
기판 반송기구(42)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송장치의 일부를 구성하는 것으로, 처리장치(PR2)로부터 반송되는 기판(FS)을, 처리장치(PR3) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리장치(PR4)에 소정의 속도로 배출한다. 기판(FS)이 기판 반송기구(42)의 롤러 등에 걸쳐져 반송되는 것에 의해서, 처리장치(PR3) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송기구(42)는, 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)으로부터 차례로, 닙롤러(NR11), 텐션 조정롤러(RT11), 회전 드럼(DR1), 안내롤러(R11), 에어 턴 바(AT11), 안내롤러(R12), 에어 턴 바(AT12), 안내롤러(R13), 에어 턴 바(AT13), 안내롤러(R14), 에어 턴 바(AT14), 및 닙롤러(NR12)를 구비한다. 안내롤러(R11~R14) 및 에어 턴 바(AT11~AT14)는, 건조처리부(44) 내에 배치되어 있다.
닙롤러(NR11, NR12)는, 도 3 중의 닙롤러(NR1, NR2)와 마찬가지로 구성된 구동롤러와 종동롤러로 구성되며, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 반송한다. 회전 드럼(DR1)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력 방향과 교차한 방향으로 연장되는 중심축(AXo1)과, 중심축(AXo1)으로부터 일정 반경의 원통모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR1)은, 외주면(원통면)을 따라서 기판(FS)의 일부를 장척 방향을 따라서 만곡시켜 지지하면서, 중심축(AXo1)을 중심으로 회전하여, 기판(FS)을 반송 방향(+X방향)으로 이동시킨다. 회전 드럼(DR1)은, 기판(FS)의 도포면과는 반대측의 면(이면)측으로부터 기판(FS)을 지지한다. 텐션 조정롤러(RT11)는, -Z방향으로 힘이 가해져 있으며, 회전 드럼(DR1)에 권취되어 지지되어 있는 기판(FS)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 부여하고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR1)에 걸리는 기판(FS)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내에 안정화시키고 있다. 이 텐션 조정롤러(RT11)는, 기판(FS)의 도포면과 접촉하면서 회전하도록 마련되어 있다. 에어 턴 바(AT11~AT14)는, 기판(FS)의 도포면측으로부터, 도포면과 비접촉 상태(또는 저마찰 상태)로 기판(FS)을 지지한다. 안내롤러(R11~R14)는, 기판(FS)의 이면과 접촉하면서 회전하도록 배치되어 있다. 도 1에 나타낸 하위 제어장치(14c)는, 닙롤러(NR11, NR12) 및 회전 드럼(DR1)의 각각에 마련된 도시하지 않은 회전 구동원의 모터를 제어함으로써, 처리장치(PR3) 내에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도를 제어한다.
얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 후술하는 기판(FS)상에 형성된 얼라이먼트용의 마크(MKm)(MK1~MK3)를 검출하기 위한 것이며(도 6 참조), Y방향을 따라서 3개소에 마련되어 있다. 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 회전 드럼(DR1)의 원주면에서 지지되어 있는 기판(FS)상의 마크(MKm)(MK1~MK3)를 촬상한다.
얼라이먼트 현미경(AMm)은, 얼라이먼트용의 조명광을 기판(FS)에 투사하는 광원과, 그 반사광을 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 얼라이먼트 현미경(AM1)은, 관찰 영역(검출 영역) 내에 존재하는 기판(FS)의 +Y방향의 단부에 형성된 마크(MK1)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AM2)은, 관찰 영역 내에 존재하는 기판(FS)의 -Y방향의 단부에 형성된 마크(MK2)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AM3)은, 관찰 영역 내에 존재하는 기판(FS)의 폭방향 중앙에 형성된 마크(MK3)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)이 촬상한 촬상 신호는, 하위 제어장치(14c)에 보내진다. 하위 제어장치(14c)는, 촬상 신호에 기초하여, 마크(MKm)(MK1~MK3)의 기판(FS)상의 위치 정보를 검출한다. 또한, 얼라이먼트용의 조명광은, 기판(FS)의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다. 얼라이먼트 현미경(AMm)의 관찰 영역의 크기는, 마크(MK1~MK3)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500μm 각(角, 정사각형의 한 변의 길이) 정도의 크기이다. 이 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 후술하는 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)과 마찬가지의 구성을 가진다.
다이코터헤드(DCH)는, 회전 드럼(DR1)의 원주면에 지지되어 있는 기판(FS)에 대해서 감광성 기능액을 폭넓게 균일하게 도포한다. 단, 다이코터헤드(DCH)의 도포액(감광성 기능액)을 기판(FS)에 토출하는 슬릿 모양 개구의 Y방향의 길이는, 기판(FS)의 폭방향의 치수보다도 짧게 설정되어 있다. 그 때문에, 기판(FS)의 폭방향의 양단부에는 도포액이 도포되지 않는다. 다이코터헤드(DCH)는, 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있다. 다이코터헤드(DCH)는, 적어도, 후술하는 처리장치(PR4)에 의해서 패턴이 묘화(描畵) 노광되는 기판(FS)상의 전자 디바이스의 형성 영역인 노광 영역(W)(도 6 참조)에 감광성 기능액을 도포한다. 하위 제어장치(14c)는, 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)을 이용하여 검출한 마크(MKm)(MK1~MK3)의 기판(FS)상의 위치에 기초하여, 다이코터헤드(DCH)를 제어하고, 감광성 기능액을 기판(FS)상에 도포한다.
여기서, 처리장치(PR3)는, 후술하는 인코더 시스템(ES)과 마찬가지의 인코더 시스템을 구비한다. 즉, 회전 드럼(DR1)의 양단부에 마련된 한 쌍의 스케일부(스케일 원반)와, 스케일부에 대향하여 마련된 복수의 한 쌍의 인코더 헤드를 구비한다. 어느 한 쌍의 인코더 헤드는, XZ평면에 관하여, 회전 드럼(DR1)의 중심축(AXo1)과 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)의 관찰 영역을 지나는 설치 방위선(Lg1)상에 마련되어 있다. 또한, 다른 한 쌍의 인코더 헤드는, XZ평면에 관하여, 회전 드럼(DR1)의 중심축(AXo1)과 다이코터헤드(DCH)에 의한 기판(FS)으로의 도포 위치(처리 위치)를 지나는 설치 방위선(Lg2)상에 마련되어 있다. 이러한 인코더 시스템을 마련함으로써, 기판(FS)상의 마크(MKm)의 위치를 회전 드럼(DR1)의 회전 각도 위치에 대응짓게 할 수 있다. 그리고, 복수의 한 쌍의 인코더 헤드의 각각이 검출한 검출 신호에 기초하여, 마크(MKm)(MK1~MK3)의 위치, 및 기판(FS)상의 노광 영역(디바이스 형성 영역)(W)과 도포 위치(처리 위치)와의 반송 방향(X방향)에 있어서의 위치 관계 등을 특정할 수 있다.
또한, 처리장치(PR3)는, 다이코터헤드(DCH)를 대신하여 잉크젯 헤드를 구비해도 괜찮고, 이 다이코터헤드(DCH)와 함께 잉크젯 헤드를 구비해도 괜찮다. 이 잉크젯 헤드는, 감광성 기능액을 기판(FS)에 대해서 선택적으로 도포하는 것이 가능하다. 그 때문에, 회전 드럼(DR1)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더 시스템의 계측 분해능은, 처리장치(PR3)에서의 감광성 기능액의 선택적인 도포의 위치 결정 정밀도에 대응하여 설정된다.
건조처리부(44)는, 다이코터헤드(DCH)에 의해서 감광성 기능액이 도포된 기판(FS)에 대해서 건조처리를 행한다. 건조처리부(44)는, 드라이 에어 등의 건조용 에어(온풍)를 기판(FS)의 표면에 불어내는 블로어, 적외선 광원, 또는 세라믹 히터 등에 의해서, 감광성 기능액에 포함되는 용질(용제 또는 물)을 제거하여 감광성 기능액을 건조시킨다. 이것에 의해, 감광성 기능층이 형성된다. 건조처리부(44) 내에 마련된 안내롤러(R11~R14) 및 에어 턴 바(AT11~AT14)는, 기판(FS)의 반송 경로를 길게 하기 위해서, 꾸불꾸불한 형태의 반송로가 되도록 배치되어 있다. 본 제1 실시형태에서는, 안내롤러(R11~R14)를, 에어 턴 바(AT11~AT14)에 대해서 +X방향 측에 배치함으로써, 기판(FS)의 반송로를 꾸불꾸불하게 하여 기판(FS)을 -Z방향으로 반송시키고 있다. 반송 경로를 길게 함으로써, 감광성 기능액을 효과적으로 건조시킬 수 있다.
또한, 건조처리부(44)는, 기판(FS)을 소정 길이에 걸쳐서 축적 가능한 축적부(버퍼)로서 기능한다. 이것에 의해, 처리장치(PR2)로부터 보내져 오는 기판(FS)의 반송 속도와, 처리장치(PR4)에 보내는 기판(FS)의 반송 속도를 다른 속도로 했을 경우라도, 그 속도차이를 건조처리부(44)에서 흡수할 수 있다. 건조처리부(44)를 축적부로도 기능시키기 위해서, 에어 턴 바(AT11~AT14)를 X방향으로 이동 가능하게 하며, 또한, -X방향 측으로 상시 일정한 힘(텐션)을 가하고 있다. 따라서, 건조처리부(44)(혹은 처리장치(PR3))에 입출하는 기판(FS)의 반송 속도의 차이, 구체적으로는 회전 드럼(DR1)의 회전(혹은 닙롤러(NR11)의 회전 구동)에 의한 기판(FS)의 전송 속도와 닙롤러(NR12)의 회전 구동에 의한 기판(FS)의 전송 속도와의 차이에 의해서 생기는 건조처리부(44) 내의 기판(FS)의 축적 길이의 변화에 따라 에어 턴 바(AT11~AT14)는 X방향(+X방향 또는 -X방향)으로 이동한다. 이것에 의해, 건조처리부(44)는, 기판(FS)에 소정의 텐션을 부여한 상태로 소정 길이에 걸쳐서 기판(FS)을 축적할 수 있다. 또한, 기판(FS)의 반송 경로를 꾸불꾸불하게 하여 길게 한 것에 의해서, 건조처리부(44)가 축적할 수 있는 소정 길이(최대 축적 길이)도 길게 할 수 있다.
[처리장치(PR4)의 구성]
도 5는, 처리장치(노광장치)(PR4)의 구성을 나타낸 도면이다. 처리장치(PR4)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘(直描) 방식의 노광장치, 이른바 래스터 스캔(raster scan) 방식의 패턴 묘화 장치이다. 아래에서 상세하게 설명하지만, 처리장치(PR4)는, 기판(FS)을 장척 방향(부(副)주사 방향)으로 반송하면서, 노광용의 펄스 상태의 빔(LB)의 스폿 광(SP)을, 기판(FS)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사(주(主)주사) 하면서, 스폿 광(SP)의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터)에 따라 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(FS)의 피조사면에 전자 디바이스의 회로 구성에 대응한 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(FS)의 부주사와 스폿 광(SP)의 주주사에 의해, 스폿 광(SP)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(FS)에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또한, 기판(FS)은, 장척 방향을 따라서 연속적으로 반송되고 있으므로, 처리장치(PR4)에 의해서 패턴이 노광되는 노광 영역(W)은, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격(Td)을 두고 복수 마련되게 된다(도 6 참조). 이 노광 영역(W)에 전자 디바이스가 형성되므로, 노광 영역(W)은, 디바이스 형성 영역이기도 하다.
처리장치(PR4)는, 기판 반송기구(52), 포스트베이크(postbake) 처리부(54), 광원장치(56), 빔 분배 광학부재(58), 노광 헤드(60), 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3), 및 인코더 시스템(ES)을 추가로 구비하고 있다. 기판 반송기구(52), 포스트베이크 처리부(54), 광원장치(56), 빔 분배 광학부재(58), 노광 헤드(60), 및 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 도시하지 않은 온조(溫調) 챔버 내에 마련되어 있다. 이 온조 챔버는, 내부를 소정의 온도로 유지함으로써, 내부에서 반송되는 기판(FS)의 온도에 의한 형상 변화를 억제함과 아울러, 내부의 습도를 기판(FS)의 흡습성이나 반송에 수반하여 발생하는 정전기의 대전 등을 고려한 습도로 설정한다.
기판 반송기구(52)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송장치의 일부를 구성하는 것으로, 처리장치(PR3)로부터 반송되는 기판(FS)을, 처리장치(PR4) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리장치(PR5)에 소정의 속도로 배출한다. 기판(FS)이 기판 반송기구(52)의 롤러 등에 걸쳐져 반송되는 것에 의해서, 처리장치(PR4) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송기구(52)는, 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)으로부터 차례로, 닙롤러(NR21), 텐션 조정롤러(RT21), 회전 드럼(DR2), 텐션 조정롤러(RT22), 닙롤러(NR22), 에어 턴 바(AT21), 안내롤러(R21), 에어 턴 바(AT22), 및 닙롤러(NR23)를 구비한다. 닙롤러(NR22, NR23), 에어 턴 바(AT21, AT22), 및 안내롤러(R21)는, 포스트베이크 처리부(54) 내에 배치되어 있다.
닙롤러(NR21~NR23)는, 앞서 설명한 닙롤러(NR1, NR2)와 마찬가지의 구동롤러와 종동롤러로 구성되며, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 반송한다. 회전 드럼(DR2)은, 회전 드럼(DR1)과 마찬가지의 구성을 가지며, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력 방향과 교차한 Y방향으로 연장된 중심축(AXo2)과, 중심축(AXo2)으로부터 일정 반경의 원통모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR2)은, 외주면(원통면)을 따라서 기판(FS)의 일부를 장척 방향을 따라서 만곡시켜 지지하면서, 중심축(AXo2)을 중심으로 회전하여, 기판(FS)을 반송 방향(+X방향)으로 이동시킨다. 회전 드럼(DR2)은, 기판(FS)의 감광면과는 반대측의 면(이면) 측으로부터 기판(FS)을 지지한다. 텐션 조정롤러(RT21, RT22)는, -Z방향으로 힘이 가해져 있으며, 회전 드럼(DR2)에 귄취되어 지지되어 있는 기판(FS)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 부여하고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR2)에 걸리는 기판(FS)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내에 안정화시키고 있다. 이 텐션 조정롤러(RT21, RT22)는, 기판(FS)의 감광면과 접촉하면서 회전하도록 마련되어 있기 때문에, 외주면에는 기판(FS)의 감광면에 상처 등을 내기 어려운 탄성체(러버 시트, 수지 시트 등)가 피복되어 있다. 에어 턴 바(AT21, AT22)는, 기판(FS)의 감광면측으로부터, 감광면과 비접촉 상태(혹은 저마찰 상태)로 기판(FS)을 지지한다. 안내롤러(R21)는, 기판(FS)의 이면과 접촉하면서 회전하도록 배치되어 있다. 도 1에 나타낸 하위 제어장치(14d)는, 닙롤러(NR21~NR23) 및 회전 드럼(DR2)의 각각에 마련된 도시하지 않은 회전 구동원의 모터를 제어함으로써, 처리장치(PR4) 내에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도를 제어한다. 또한, 편의적으로, 중심축(AXo2)을 포함하며, YZ평면과 평행한 평면을 중심면(Poc)이라고 한다.
포스트베이크 처리부(54)는, 후술하는 노광 헤드(60)에 의해서 묘화 노광된 기판(FS)에 대해서 포스트베이크(PEB；Post Exposure Bake)를 실시한다. 포스트베이크 처리부(54) 내에 마련된 닙롤러(NR22, NR23), 에어 턴 바(AT21, AT22), 및 안내롤러(R21)는, 기판(FS)의 반송 경로를 길게 하기 위해서, 꾸불꾸불한 형태의 반송로가 되도록 배치되어 있다. 본 제1 실시형태에서는, 닙롤러(NR22, NR23) 및 안내롤러(R21)를, 에어 턴 바(AT21, AT22)에 대해서 +Z방향 측에 배치함으로써, 기판(FS)의 반송로를 꾸불꾸불하게 하여 기판(FS)을 +X방향으로 반송시키고 있다. 반송 경로를 길게 함으로써, 포스트베이크를 효과적으로 실시할 수 있다.
또한, 포스트베이크 처리부(54)는, 기판(FS)을 소정 길이에 걸쳐서 축적 가능한 축적부(버퍼)로서 기능한다. 이것에 의해, 처리장치(PR3)로부터 보내져 오는 기판(FS)의 반송 속도와, 처리장치(PR5)에 보내는 기판(FS)의 반송 속도를 다른 속도로 했을 경우라도, 그 속도차이를 포스트베이크 처리부(54)에서 흡수할 수 있다. 포스트베이크 처리부(54)를 축적부로서도 기능시키기 위해서, 에어 턴 바(AT21, AT22)를 Z방향으로 이동 가능하게 하고, 또한, -Z방향 측으로, 상시, 소정의 힘(텐션)을 가하고 있다. 따라서, 포스트베이크 처리부(54)에 입출하는 기판(FS)의 반송 속도의 차이에 의해서 생기는 포스트베이크 처리부(54) 내의 기판(FS)의 축적 길이의 변화에 따라 에어 턴 바(AT21, AT22)는 Z방향(+Z방향 또는 -Z방향)으로 이동한다. 이것에 의해, 포스트베이크 처리부(54)는, 기판(FS)에 소정의 텐션을 부여한 상태로 소정 길이에 걸쳐서 기판(FS)을 축적할 수 있다. 또한, 기판(FS)의 반송 경로를 꾸불꾸불하게 하여 길게 한 것에 의해서, 포스트베이크 처리부(54)가 축적할 수 있는 소정 길이(최대 축적 길이)도 길게 할 수 있다.
광원장치(광원)(56)는, 펄스 상태의 빔(펄스 빔, 펄스 광, 레이저)(LB)을 발생하여 사출한다. 이 빔(LB)은, 370nm 이하의 파장 대역의 특정 파장(예를 들면, 355nm)에 피크 파장을 가지는 자외선 광으로서, 발광 주파수(발진 주파수)(Fa)로 발광한다. 광원장치(56)가 사출한 빔(LB)은, 빔 분배 광학부재(58)를 통해서 노광 헤드(60)에 입사한다. 광원장치(56)는, 자외 파장 영역에서 고휘도인 빔(LB)을 높은 발광 주파수(Fa)로 발광할 수 있는 파이버 앰프 레이저 광원장치도 좋다. 파이버 앰프 레이저 광원장치는, 100MHz 이상의 높은 발광 주파수(Fa)로, 적외 파장역의 펄스 광을 발광할 수 있는 반도체 레이저와, 적외 파장역의 펄스 광을 증폭하는 파이버 앰프와, 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장 영역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자)로 구성된다. 반도체 레이저로부터의 적외 파장역의 펄스 광은 종광(種光)이라고도 불리며, 종광의 발광 특성(펄스 지속 시간, 오름 및 내림의 급준(急峻)성 등)을 바꾸는 것에 의해, 파이버 앰프에서의 증폭 효율(증폭율)을 바꿀 수 있으며, 최종적으로 출력되는 자외 파장 영역의 빔(LB)의 강도를 고속으로 변조할 수도 있다. 또한, 파이버 앰프 레이저 광원장치로부터 출력되는 자외 파장 영역의 빔(LB)은, 그 발광 지속 시간을 수 피코 초~수십 피코 초로 매우 짧게 할 수 있다. 그 때문에, 래스터 스캔 방식의 묘화 노광이라도, 기판(FS)의 피조사면(감광면) 상에서 투사되는 빔(LB)의 스폿 광(SP)은, 대부분 흔들리지 않고, 빔(LB)의 스폿 광(SP)의 단면 내에서의 형상과 강도 분포(예를 들면, 원형의 가우스(Gauss) 분포)가 일정하게 유지된다. 이러한 파이버 앰프 레이저 광원장치를 직묘 방식의 패턴 묘화 장치로 조합한 구성은, 예를 들면 국제공개 제2015/166910호 공보에 개시되어 있다.
노광 헤드(60)는, 동일 구성의 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)을 배열한, 이른바 멀티 빔형의 노광 헤드로 되어 있다. 노광 헤드(60)는, 회전 드럼(DR2)의 외주면(원주면)에 지지되어 있는 기판(FS)의 일부분에, 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 의해서 패턴을 묘화한다. 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 스폿 광(SP)으로 수렴하도록 투사하면서, 그 스폿 광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사한다. 주사 유닛(Un)은, 빔(LB)을 편향시키기 위한 다각형 미러(PM)와, 회전한 다각형 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB)의 스폿 광(SP)을 텔레센트릭(telecentric) 상태로 기판(FS)의 피조사면 상에 투사하기 위한 Fθ렌즈(FT)를 구비한다. 이 스폿 광(SP)의 주사에 의해서, 기판(FS)상(기판(FS)의 피조사면상)에, 1 라인(line)분의 패턴이 묘화되는 직선적인 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)이 규정된다. 이 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)은, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 의해서 주사되는 스폿 광(SP)의 주사 궤적을 나타내는 주사선이다. 또한, 편의상, 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 입사하는 광원장치(56)로부터의 빔(LB)을 LBn(LB1~LB6)로 표현하는 경우가 있다.
복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 도 6에 나타나 있듯이, 복수의 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)이, Y방향에 관해서 서로 분리되지 않고 이어 맞춰지도록 배치되어 있다. 즉, 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6) 전부에 의해 노광 영역(W)의 폭방향의 전체를 커버하도록, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 기판(FS)의 폭방향으로 분할된 복수의 영역마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 한 개의 주사 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주사 길이(묘화 라인(SLn)의 길이)를 20~50mm 정도로 하면, 홀수 번째의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 3개와, 짝수 번째의 주사 유닛(U2, U4, U6)의 3개와의 합계 6개의 주사 유닛(Un)을 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 Y방향의 폭을 120~300mm 정도로 넓히고 있다. 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 길이는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)(LB1~LB6)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다. 또한, 노광 영역(W)의 폭을 길게 하고 싶은 경우는, 묘화 라인(SLn) 자체의 길이를 길게 하던지, Y방향으로 배치하는 주사 유닛(Un)의 수를 늘림으로써 대응할 수 있다.
복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 복수의 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)이 중심면(Poc)을 사이에 두고 회전 드럼(DR2)의 원주 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치되도록, 중심면(Poc)을 사이에 두고 회전 드럼(DR2)의 원주 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수 번째의 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에서, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 배치되어 있다. 짝수 번째의 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에서, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 배치되어 있다. 따라서, 홀수 번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에서, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 직선상에 배치된다. 짝수 번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에서, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 직선상에 배치된다.
이때, 묘화 라인(SL2)은, 기판(FS)의 폭방향에 관해서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 묘화 라인(SL3)은, 기판(FS)의 폭방향에 관해서, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL4)과의 사이에 배치되어 있다. 묘화 라인(SL4)은, 기판(FS)의 폭방향에 관해서, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL5)과의 사이에 배치되며, 묘화 라인(SL5)은, 기판(FS)의 폭방향에 관해서, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL6)과의 사이에 배치되어 있다. 본 제1 실시형태에서는, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 방향을 -Y방향으로 하며, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 방향을 +Y방향으로 한다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 묘화 개시점측의 단부와, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 묘화 개시점측의 단부는 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복된다. 또한, 묘화 라인(SL3, SL5)의 묘화 종료점측의 단부와, 묘화 라인(SL2, SL4)의 묘화 종료점측의 단부는 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복된다. Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 일부 중복시키도록, 각 묘화 라인(SLn)을 배치하는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 주사 길이의 수% 이하의 범위에서 중복시키면 좋다. 또한, 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 이어 맞춘다는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복시키는 것을 의미한다.
본 제1 실시형태의 경우, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)이 펄스 광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn)상에 투사되는 스폿 광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(예를 들면, 100MHz)에 따라서 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)과, 다음의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스폿 광(SP)의 사이즈(φ), 스폿 광(SP)의 주사 속도(주주사의 속도), 및 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)에 의해서 설정된다. 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈(φ)는, 스폿 광(SP)의 강도 분포가 가우스 분포로 근사되는 경우, 스폿 광(SP)의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해진다. 본 제1 실시형태에서는, 실효적인 사이즈(치수)(φ)에 대해서, φ×1/2 정도 스폿 광(SP)이 오버랩되도록, 스폿 광(SP)의 주사 속도(Vs) 및 발진 주파수(Fa)가 설정된다. 따라서, 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 따른 투사 간격은, φ／2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 직교한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿 광(SP)의 1회의 주사와, 다음의 주사와의 사이에서, 기판(FS)이 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈(φ)의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스폿 광(SP)의 주사 속도는, 다각형 미러(PM)의 회전 속도에 따라 결정된다.
각 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 적어도 XZ평면에 있어서, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR2)의 중심축(AXo2)을 향해 나아가도록, 각 빔(LBn)을 기판(FS)을 향해서 사출한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)으로부터 기판(FS)을 향해 나아가는 빔(LBn)의 광로(빔 중심축)는, XZ평면에 있어서, 기판(FS)의 피조사면의 법선과 평행하게 된다. 또한, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)은, 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)에 조사하는 빔(LBn)이, YZ평면과 평행한 면 내에서는 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LBn)을 기판(FS)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LBn)(LB1~LB6)은 텔레센트릭 상태로 주사된다. 여기서, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)으로부터 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6) 상의 임의의 점(예를 들면, 중점)에 조사되는 빔(LB)의 광 축을 조사축(Len)(Le1~Le6)으로 한다. 이 각 조사축(Le)(Le1~Le6)은, XZ평면에 있어서, 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)과 중심축(AXo2)을 잇는 선으로 되어 있다.
홀수 번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 조사축(Le1, Le3, Le5)은, XZ평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있으며, 짝수 번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각의 조사축(Le2, Le4, Le6)은, XZ평면에 있어 동일한 방향으로 되어 있다. 또한, 조사축(Le1, Le3, Le5)과 조사축(Le2, Le4, Le6)은, XZ평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ1로 되도록 설정되어 있다.
빔 분배 광학부재(58)는, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)을 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)으로 인도한다. 빔 분배 광학부재(58)는, 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)의 각각에 대응한 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)를 구비한다. 빔 분배 광학계(BDU1)는, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)(LB1)을 주사 유닛(U1)으로 인도하며, 마찬가지로 빔 분배 광학계(BDU2~BDU6)는, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)(LB2~LB6)을 주사 유닛(U2~U6)으로 인도한다. 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)는, 빔(LBn)(LB1~LB6)을 조사축(Len)(Le1~Le6) 상을 따라서 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 사출한다. 즉, 빔 분배 광학계(BDU1)로부터 주사 유닛(U1)에 인도되는 빔(LB1)은, 조사축(Le1)상을 통과한다. 마찬가지로 빔 분배 광학계(BDU2~BDU6)로부터 주사 유닛(U2~U6)에 인도되는 빔(LB2~LB6)은, 조사축(Le2~Le6)상을 통과한다. 빔 분배 광학부재(58)는, 도시하지 않은 빔 분할기 등에 의해서, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)을 분기시켜 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)의 각각에 입사시킨다. 또한, 빔 분배 광학부재(58)는, 스위칭 용의 광 편향기 등(예를 들면, 음향 광학 변조기)에 의해서, 광원장치(56)로부터 빔(LB)을 시분할로 하여 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6) 중 어느 한 개에 선택적으로 입사시켜도 괜찮다.
복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)의 각각은, 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 인도하는 빔(LBn)(LB1~LB6)의 강도를 패턴 데이터에 따라 고속으로 변조(온/오프)하는 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)를 가진다. 빔 분배 광학계(BDU1)는, 묘화용 광학 소자(AOM1)를 가지며, 마찬가지로 빔 분배 광학계(BDU2~BDU6)는, 묘화용 광학 소자(AOM2~AOM6)를 가진다. 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)는, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 음향 광학 변조기(Acousto-Optic Modulator)이다. 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)는, 구동 신호로서의 고주파 신호의 주파수에 따른 회절각으로, 광원장치(56)로부터의 빔(LB)을 회절시킨 1차 회절광을 발생하며, 그 1차 회절광을, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)을 향하는 빔(LBn)(LB1~LB6)으로서 사출한다. 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)는, 하위 제어장치(14d)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB)을 회절시킨 1차 회절광 광(빔(LBn))의 발생을 온/오프한다.
묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)는, 하위 제어장치(14d)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프 상태일 때는, 입사한 빔(LB)(0차 광)을 회절시키지 않고 투과함으로써, 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6) 내에 마련된 도시하지 않은 흡수체에 빔(LB)을 인도한다. 따라서, 구동 신호가 오프 상태일 때는, 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)를 투과한 빔(LBn)(LB1~LB6)은, 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 입사하지 않는다. 즉, 주사 유닛(Un) 내를 통과하는 빔(LBn)의 강도가 저레벨(제로)이 된다. 이것은, 기판(FS)의 피조사면 상에서 보면, 피조사면 상에 조사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 강도가 저레벨(제로)로 변조되어 있는 것을 의미한다. 한편, 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)는, 하위 제어장치(14d)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온 상태일 때는, 입사한 빔(LB)을 회절시켜 1차 회절광을 사출함으로써, 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 빔(LBn)(LB1~LB6)을 인도한다. 따라서, 구동 신호가 온 상태일 때는, 주사 유닛(Un) 내를 통과하는 빔(LBn)의 강도가 고레벨이 된다. 이것은, 기판(FS)의 피조사면 상에서 보면, 피조사면 상에 조사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 강도가 고레벨로 변조되어 있는 것을 의미한다. 이와 같이, 온/오프의 구동 신호를 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)에 인가함으로써, 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)를 온/오프로 스위칭할 수 있다.
패턴 데이터는, 주사 유닛(Un)(U1~U6) 마다 마련되어 있으며, 하위 제어장치(14d)는, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 의해서 묘화되는 패턴의 패턴 데이터(예를 들면, 소정의 화소 단위를 1비트에 대응시켜, 논리값 "0", 또는 "1"로 오프 상태와 온 상태를 표현하는 데이터열)에 기초하여, 각 묘화용 광학 소자(AOMn)(AOM1~AOM6)에 인가하는 구동 신호를 고속으로 온 상태/오프 상태로 스위칭한다. 이것에 의해서, 주사 유닛(Un)(U1~U6) 마다 패턴 데이터에 따른 묘화 동작이 행하여 지며, 기판(FS)의 노광 영역(패턴 형성 영역)에는, 6개의 주사 유닛(Un)(U1~U6)의 각각에 의한 묘화 패턴이 Y방향으로 이어져 노광된다.
본체 프레임(UB)은, 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)와 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)을 유지한다. 본체 프레임(UB)은, 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)를 유지하는 제1 프레임(Ub1)과, 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)을 유지하는 제2 프레임(Ub2)을 가진다. 제1 프레임(Ub1)은, 제2 프레임(Ub2)에 의해서 유지된 복수의 주사 유닛(Un)(U1~U6)의 상방(+Z방향측)에서, 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)를 유지한다. 제1 프레임(Ub1)은, 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)를 하방(-Z방향측)으로부터 지지한다. 홀수 번째의 빔 분배 광학계(BDU1, BDU3, BDU5)는, 홀수 번째의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 위치에 대응하고, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에서, Y방향을 따라서 1열로 배치되도록, 제1 프레임(Ub1)에 지지되어 있다. 짝수 번째의 빔 분배 광학계(BDU2, BDU4, BDU6)는, 짝수 번째의 주사 유닛(U2, U4, U6)의 위치에 대응하고, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에서, Y방향을 따라서 1열로 배치되도록, 제1 프레임(Ub1)에 지지되어 있다. 제1 프레임(Ub1)에는, 복수의 빔 분배 광학계(BDUn)(BDU1~BDU6)의 각각으로부터 사출되는 빔(LBn)(LB1~LB6)이, 대응하는 주사 유닛(Un)(U1~U6)에 입사하기 위한 개구부 Hsn(Hs1~Hs6)가 마련되어 있다.
제2 프레임(Ub2)은, 각 주사 유닛(Un)(U1~U6)이 조사축(Len)(Le1~Le6)을 중심으로 미소량(예를 들면 ±2°정도)만큼 회동할 수 있도록, 주사 유닛(Un)(U1~U6)을 회동 가능하게 유지한다. 이 주사 유닛(Un)(U1~U6)의 회전에 의해서, 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)이 조사축(Len)(Le1~Le6)을 중심으로 회전하므로, 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)을 Y축과 평행한 상태에 대해서 근소한 범위(예를 들면 ±2°) 내에서 기울어지게 할 수 있다. 또한, 이 주사 유닛(Un)(U1~U6)의 조사축(Len)(Le1~Le6)을 중심으로 한 회동은, 하위 제어장치(14d)의 제어 하에, 도시하지 않은 액츄에이터에 의해서 행하여진다.
도 6에 나타나 있듯이, 얼라이먼트계를 구성하는 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 기판(FS)에 형성된 얼라이먼트용의 마크(MKm)(MK1~MK3)의 위치 정보(마크 위치 정보)를 검출하기 위한 것으로, Y방향을 따라서 마련되어 있다. 마크(MKm)(MK1~MK3)는, 기판(FS)의 피조사면 상의 노광 영역(W)에 묘화되는 소정의 패턴과, 기판(FS), 혹은 기판(FS)에 이미 형성된 기초 패턴의 층을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위한 기준 마크이다. 마크(MKm)(MK1~MK3)는, 기판(FS)의 폭방향의 양단부에, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 일정 간격으로 형성되어 있음과 아울러, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 늘어선 노광 영역(W) 사이에서, 기판(FS)의 폭방향 중앙에 형성되어 있다. 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 회전 드럼(DR2)의 원주면에 지지되어 있는 기판(FS)상의 마크(MKm)(MK1~MK3)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 노광 헤드(60)로부터 기판(FS)의 피조사면 상에 투사되는 스폿 광(SP)의 위치(묘화 라인(SL1~SL6)의 위치)보다도 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경(AMm)은, 얼라이먼트용의 조명광을 기판(FS)에 투사하는 광원과, 그 반사광을 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 얼라이먼트 현미경(AM1)은, 관찰 영역(검출 영역)(Vw1) 내에 존재하는 기판(FS)의 +Y방향의 단부에 형성된 마크(MK1)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AM2)은, 관찰 영역(Vw2) 내에 존재하는 기판(FS)의 -Y방향의 단부에 형성된 마크(MK2)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AM3)은, 관찰 영역(Vw3) 내에 존재하는 기판(FS)의 폭방향 중앙에 형성된 마크(MK3)를 촬상한다. 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)이 촬상한 촬상 신호는, 하위 제어장치(14d)에 보내진다. 하위 제어장치(14d)는, 촬상 신호에 기초하여, 마크(MKm)(MK1~MK3)의 기판(FS)상의 위치 정보를 검출한다. 또한, 얼라이먼트용의 조명광은, 기판(FS)의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 갖지 않는 파장역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다. 얼라이먼트 현미경(AM1~AM3)의 관찰 영역(Vw1~Vw3)의 크기는, 마크(MK1~MK3)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500μm 각(角) 정도의 크기이다.
인코더 시스템(ES)은, 회전 드럼(DR2)의 회전 각도 위치(즉, 기판(FS)의 이동 위치나 이동량)를 정밀하게 계측한다. 구체적으로는, 도 5 및 도 6에 나타나 있듯이, 인코더 시스템(ES)은, 회전 드럼(DR2)의 양단부에 마련된 스케일부(스케일 원반)(SDa, SDb)와, 스케일부(SDa, SDb)에 대향하여 마련된 복수의 한 쌍의 인코더 헤드((ENja)(EN1a~EN3a),(ENjb)(EN1b~3b))를 가진다. 스케일부(SDa, SDb)는, 회전 드럼(DR2)의 외주면의 원주 방향의 전체에 걸쳐서 환상(環狀)으로 형성된 눈금을 가진다. 이 스케일부(SDa, SDb)는, 회전 드럼(DR2)의 외주면의 원주 방향으로 일정한 피치(예를 들면, 20μm)로 오목 형태 또는 볼록 형태의 격자선(눈금)을 새긴 회절격자이며, 인크리멘탈(incremental)형의 스케일로서 구성된다. 이 스케일부(SDa, SDb)는, 중심축(AXo2)을 중심으로 회전 드럼(DR2)과 일체로 회전한다.
인코더 헤드(ENja, ENjb)는, 스케일부(SDa, SDb)에 대해서 계측용의 광 빔을 투사하여, 그 반사광속(회절광)을 광전(光電) 검출하는 것에 의해, 펄스 신호인 검출 신호(2상(相) 신호)를 하위 제어장치(14d)에 출력한다. 하위 제어장치(14d)는, 인코더 헤드(ENja, ENjb) 마다의 검출 신호(2상 신호)를 내삽(內揷)처리하여 스케일부(SDa, SDb)의 격자의 이동량을 디지털 계수(計數)(카운트)함으로써, 회전 드럼(DR2)의 회전 각도 위치 및 각도 변화, 혹은 기판(FS)의 이동량을 서브미크론(submicron)의 분해능으로 계측한다. 회전 드럼(DR2)의 각도 변화로부터는, 기판(FS)의 반송 속도도 계측할 수 있다.
한 쌍의 인코더 헤드(EN1a, EN1b) 및 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있다. 한 쌍의 인코더 헤드(EN1a, EN1b) 및 얼라이먼트 현미경(AMm)(AM1~AM3)은, XZ평면에 관해서, 회전 드럼(DR2)의 중심축(AXo2)을 통과하는 설치 방위선(Lx1) 상에 배치되어 있다. 따라서, 얼라이먼트 현미경(AM1~AM3)의 관찰 영역(Vw1~Vw3) 내에서 마크(MK1~MK3)를 촬상한 순간의 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 디지털 계수치(카운트치)를 샘플링함으로써, 기판(FS)상의 마크(MKm)의 위치를 회전 드럼(DR2)의 회전 각도 위치에 대응짓게 할 수 있다.
한 쌍의 인코더 헤드(EN2a, EN2b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있으며, 또한, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)보다 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있다. 인코더 헤드(EN2a, EN2b)는, XZ평면에 관해서, 회전 드럼(DR2)의 중심축(AXo2)을 통과하는 설치 방위선(Lx2) 상에 배치되어 있다. 이 설치 방위선(Lx2)은, XZ평면에 관해서, 조사축(Le1, Le3, Le5)과 동일 각도 위치가 되게 겹쳐져 있다. 따라서, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 디지털 계수치(카운트치)는, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 있어서의 회전 드럼(DR2)의 회전 각도 위치를 나타내고 있게 된다.
한 쌍의 인코더 헤드(EN3a, EN3b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있으며, XZ평면에 관해서, 회전 드럼(DR2)의 중심축(AXo2)을 통과하는 설치 방위선(Lx3) 상에 배치되어 있다. 이 설치 방위선(Lx3)은, XZ평면에 관해서, 조사축(Le2, Le4, Le6)과 동일 각도 위치가 되게 겹쳐져 있다. 따라서, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)에 기초하는 디지털 계수치(카운트치)는, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 있어서의 회전 드럼(DR2)의 회전 각도 위치를 나타내고 있게 된다.
이와 같이, 얼라이먼트 현미경(AMm) 및 인코더 헤드(ENja, ENjb)를 배치했기 때문에, 인코더 헤드((ENja)(EN1a~EN3a),(ENjb)(EN1b~EN3b))의 각각에 대응한 디지털 계수치에 기초하여, 마크(MKm)(MK1~MK3)의 위치, 및 기판(FS)상의 노광 영역(W)과 각 묘화 라인(SLn)(처리 위치)과의 부주사 방향(반송 방향, X방향)에 있어서의 위치 관계 등을 특정할 수 있다. 그 외, 그 디지털 계수치에 기초하여, 기판(FS)상에 묘화해야 할 패턴의 묘화 데이터(예를 들면 비트맵 데이터)를 기억하는 메모리부의 부주사 방향에 관한 어드레스 위치를 지정할 수도 있다.
처리장치(PR4)는, 이상과 같은 구성을 가지며, 하위 제어장치(14d)는, 검출한 마크(MKm)의 위치 정보와 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 디지털 계수치에 기초하여, 노광 영역(W)의 부주사 방향(X방향)에 있어서의 노광 개시 위치를 결정한다. 그리고, 하위 제어장치(14d)는, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 디지털 계수치에 기초하여, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 노광 영역(W)의 노광 개시 위치가 도달했는지 아닌지를 판단한다. 노광 영역(W)의 노광 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 도달했다고 판단했을 경우는, 하위 제어장치(14d)는, 묘화용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)의 스위칭을 개시함으로써, 주사 유닛(U1, U3, U5)에 의한 스폿 광(SP)의 주사에 의한 묘화 노광을 개시시킨다. 이때, 하위 제어장치(14d)는, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 디지털 계수치에 기초하여, 묘화 데이터가 기억되는 메모리부의 액세스 번지를 지정하며, 상기 지정한 액세스 번지의 데이터를 시리얼로 불러내어 묘화용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)를 스위칭한다. 마찬가지로 하여, 하위 제어장치(14d)는, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)에 기초하는 디지털 계수치에 기초하여, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 노광 영역(W)의 노광 개시 위치가 도달했다고 판단했을 경우는, 묘화용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)의 스위칭을 개시함으로써, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 의한 스폿 광(SP)의 주사에 의한 묘화 노광을 개시시킨다. 이때, 하위 제어장치(14d)는, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)에 기초하는 디지털 계수치에 기초하여, 묘화 데이터가 기억되는 메모리부의 액세스 번지를 지정하며, 상기 지정한 액세스 번지의 데이터를 시리얼로 불러내어 묘화용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)를 스위칭한다. 이것에 의해, 기판(FS)의 피조사면 상에 전자 디바이스용의 패턴이 묘화 노광된다.
또한, 하위 제어장치(14d)는, 묘화용 광학 소자(AOMn)의 스위칭 제어 등외, 광원장치(56)에 의한 빔(LB)의 발광 제어, 다각형 미러(PM)의 회전 제어 등도 실시한다. 또한, 처리장치(PR4)는, 래스터 스캔 방식의 노광장치로 했지만, 마스크를 이용한 노광장치라도 좋고, 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD：Digital Micromirror Device), 혹은 공간 광 변조기(SLM：Spatial Light Modulator) 디바이스를 이용하여 소정의 패턴을 노광하는 노광장치라도 좋다.
마스크를 이용하는 노광장치로서는, 예를 들면 국제공개 제2013/146184호 공보에 개시되어 있는 있듯이, 원통모양의 투과형 또는 반사형의 원통 마스크(회전 마스크)의 외주면에 형성된 마스크 패턴을, 투영 광학계를 통해서 기판(FS)에 투영 하는 투영 노광 방식, 혹은 투과형의 원통 마스크의 외주면과 기판(FS)을 일정한 갭으로 근접시킨 근접(프록시미티(proximity)) 노광 방식의 노광장치를 사용할 수 있다. 또한, 반사형의 원통면 모양의 회전 마스크나 부분 구면 모양의 회전 마스크를 이용하는 경우는, 예를 들면, 국제공개 제2014/010274호 공보나 국제공개 제2013/133321호 공보에 개시된 투영 노광장치를 이용할 수도 있다. 또한, 마스크는 이상과 같은 회전 마스크에 한정되지 않고, 평면의 석영에 의한 기판상에 차광층이나 반사층에서 패턴을 형성한 평면 마스크도 좋다.
[처리장치(PR5, PR6)의 구성]
도 7은, 처리장치(습식처리장치)(PR5, PR6)의 구성을 나타낸 도면이다. 처리장치(PR5)는, 습식처리의 일종인 현상처리를 행하는 현상 장치이며, 처리장치(PR6)는, 습식처리의 일종인 에칭처리를 행하는 에칭 장치이다. 처리장치(PR5)와 처리장치(PR6)는 기판(FS)을 담그는 처리액(LQ1)이 다를 뿐이고, 그 구성은 동일하다. 처리장치(PR5)(PR6)는, 기판 반송기구(62), 처리조(64), 세정조(66), 액절(液切, liquid draining)조(68), 및 건조처리부(70)를 구비한다.
기판 반송기구(62)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송장치의 일부를 구성하는 것으로, 처리장치(PR4)(또는 PR5)로부터 반송되는 기판(FS)을, 처리장치(PR5)(또는 PR6) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리장치(PR6)(또는 회수 롤(FR2))로 소정의 속도로 배출한다. 기판(FS)이 기판 반송기구(62)의 롤러 등에 걸쳐져 반송되는 것에 의해서, 처리장치(PR5)(또는 PR6) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송기구(62)는, 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)으로부터 차례로, 닙롤러(NR51), 에어 턴 바(AT51), 안내롤러(R51~R59), 에어 턴 바(AT52), 안내롤러(R60), 에어 턴 바(AT53), 안내롤러(R61), 에어 턴 바(AT54), 안내롤러(R62), 에어 턴 바(AT55), 및 닙롤러(NR52)를 구비한다. 안내롤러(R60~R62), 에어 턴 바(AT53~AT55), 및 닙롤러(NR52)는, 건조처리부(70) 내에 배치되어 있다.
닙롤러(NR51, NR52)는, 앞서 설명한 닙롤러(NR1, NR2)와 마찬가지의 구동롤러와 종동롤러로 구성되며, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 반송한다. 에어 턴 바(AT51~AT55)는, 기판(FS)의 습식처리가 행하여지는 처리면측으로부터, 처리면과 비접촉 상태(혹은 저마찰 상태)로 기판(FS)을 지지한다. 안내롤러(R53, R56, R58)는, 기판(FS)의 처리면(감광면)과 접촉하면서 회전하며, 그 이외의 안내롤러(R)는, 기판(FS)의 처리면과는 반대측의 면(이면)과 접촉하면서 회전하도록 배치되어 있다. 또한, 기판(FS)의 처리면(감광면)과 접촉하는 안내롤러(R53, R56, R58)는, 기판(FS)의 폭방향(Y방향)의 양단부만에서 기판(FS)과 접촉하여 기판(FS)의 반송 방향을 180도 절곡하는 구성으로 해도 좋다. 도 1에 나타낸 하위 제어장치(14e)(또는 14f)는, 닙롤러(NR51, NR52)의 각각에 마련된 도시하지 않은 회전 구동원의 모터를 제어함으로써, 처리장치(PR5)(또는 PR6) 내에 있어서의 기판(FS)의 반송 속도를 제어한다.
종(縱)형의 처리조(64)는, 처리액(LQ1)을 보유하는 것으로, 기판(FS)에 대해서 습식처리를 행하기 위한 것이다. 안내롤러(R53)는, 기판(FS)이 처리액(LQ1)에 잠기도록 처리조(64) 내에 마련되며, 안내롤러(R52, R54)는, 처리조(64)에 대해서 +Z방향 측에 마련되어 있다. 안내롤러(R53)는, 처리조(64)에 의해서 보유되는 처리액(LQ1)의 액면(표면)보다 -Z방향 측에 위치한다. 이것에 의해, 안내롤러(R52)와 안내롤러(R54)의 사이에 있는 기판(FS)의 일부의 표면이 처리조(64)에 의해서 보유되어 있는 처리액(LQ1)과 접촉하도록, 기판(FS)을 반송할 수 있다. 처리장치(PR5)의 경우는, 처리조(64)는, 처리액(LQ1)으로서 현상액을 보유한다. 이것에 의해, 기판(FS)에 대해서 현상처리가 행하여진다. 즉, 처리장치(PR4)에 의해서 묘화 노광된 감광성 기능층(포토레지스트(photoresist))이 현상되며, 감광성 기능층에 형성된 잠상에 따른 형상으로 식각된 레지스터층이 출현된다. 처리장치(PR6)의 경우는, 처리조(64)는, 처리액(LQ1)으로서 에칭액을 보유한다. 이것에 의해, 기판(FS)에 대해서 에칭처리가 행하여진다. 즉, 포토레지스트(photoresist)층(패턴이 형성된 감광성 기능층)을 마스크로 하여, 감광성 기능층의 하층에 형성된 금속성 박막이 에칭되어, 금속성 박막에 전자 디바이스용의 회로 등에 따른 패턴층이 출현한다.
종형의 세정조(66)는, 습식처리가 행하여진 기판(FS)에 대해서 세정처리를 행하기 위한 것이다. 세정조(66) 내에는, 세정액(예를 들면, 물)(LQ2)을 기판(FS)의 표면에 대해서 방출하는 세정 노즐(66a)이 Z방향 따라 복수 마련되어 있다. 복수의 세정 노즐(66a)의 각각은, -X방향측과 +X방향측과의 2방향으로 세정액(LQ2)을 샤워모양으로 방출한다. 안내롤러(R56)는, 세정조(66) 내로서, 복수의 세정 노즐(66a)보다 -Z방향 측에 마련되며, 안내롤러(R55, R57)는, 세정조(66)에 대해서 +Z방향 측에 마련되어 있다. 이것에 의해, 안내롤러(R55)로부터 안내롤러(R56)로 향하는 기판(FS)은, 복수의 세정 노즐(66a)에 대해서 -X방향측의 위치에서, 그 표면(처리면)이 세정 노즐(66a)측을 향하도록, -Z방향 측으로 반송된다. 또한, 안내롤러(R56)로부터 안내롤러(R57)로 향하는 기판(FS)은, 복수의 세정 노즐(66a)에 대해서 +X방향측의 위치에서, 그 표면(처리면)이 세정 노즐(66a)을 향하도록 +Z방향 측으로 반송된다. 따라서, 안내롤러(R55)로부터 안내롤러(R56)로 향하는 기판(FS)의 표면은, 세정조(66)에 마련된 복수의 세정 노즐(66a)로부터 -X방향 측으로 방출되는 세정액(LQ2)에 의해서 세정된다. 마찬가지로 하여, 안내롤러(R56)로부터 안내롤러(R57)로 향하는 기판(FS)의 표면은, 세정조(66)에 마련된 복수의 세정 노즐(66a)로부터 +X방향 측으로 방출되는 세정액(LQ2)에 의해서 세정된다. 또한, 복수의 세정 노즐(66a)로부터 방출된 세정액(LQ2)을 세정조(66)의 외부로 배출하기 위한 배출구(66b)가 세정조(66)의 저벽에 마련되어 있다.
액절조(68)는, 세정처리가 행하여진 기판(FS)에 대해서 액절 처리를 행하기 위한, 즉, 기판(FS)에 부착된 세정액(예를 들면, 물)(LQ2)을 없애기 위한 것이다. 액절조(68) 내에는, 공기 등의 기체를 기판(FS)에 대해서 방출하는 에어 노즐(68a)이 복수 마련되어 있다. 이 에어 노즐(68a)은, 액절조(68)의 Z방향과 평행한 각 내벽면에, Z방향을 따라서 복수 마련되어 있다. 이것에 의해, 복수의 에어 노즐(68a)은, ±X방향측 및 ±Y방향측으로부터 기체를 기판(FS)에 대해서 방출한다. 안내롤러(R58)는, 액절조(68)내로서, 복수의 에어 노즐(68a)보다 -Z방향 측에 마련되며, 안내롤러(R57, R59)는, 액절조(68)에 대해서 +Z방향 측에 마련되어 있다. 안내롤러(R57)로부터 안내롤러(R58)로 향하는 기판(FS)은, 액절조(68)의 -X방향측의 내벽면에 Z방향을 따라서 복수 마련된 에어 노즐(68a)에 대해서 +X방향측의 위치에서, -Z방향 측으로 반송된다. 안내롤러(R58)로부터 안내롤러(R59)로 향하는 기판(FS)은, 액절조(68)의 +X방향측의 내벽면에 Z방향을 따라서 복수 마련된 에어 노즐(68a)에 대해서 -X방향측의 위치에서, +Z방향 측으로 반송된다. 액절조(68)의 ±Y방향측의 내벽면에 Z방향을 따라서 복수 마련된 에어 노즐(68a)은, X방향에 관해서, 안내롤러(R57)로부터 안내롤러(R58)로 향해 반송되는 기판(FS)의 위치와, 안내롤러(R58)로부터 안내롤러(R59)로 향해 반송되는 기판(FS)의 위치와의 사이에 마련되어 있다. 이것에 의해, 액절조(68) 내에 마련된 복수의 에어 노즐(68a)로부터 ±X방향측 및 ±Y방향 측으로 기체가 방출되어, 안내롤러(R57)로부터 안내롤러(R59)로 향하는 기판(FS)에 부착된 세정액(LQ2)이 제거된다. 또한, 복수의 에어 노즐(68a)에 의해서 기판(FS)으로부터 제거된 세정액(LQ2)을 액절조(68)의 외부로 배출하기 위한 배출구(68b)가 액절조(68)의 저벽에 마련되어 있다. 이 배출구(68b)는, 복수의 에어 노즐(68a)로부터 방출된 기체를 빼내기 위한 배기구로서도 기능한다.
건조처리부(70)는, 액절처리가 행하여진 기판(FS)에 대해서 건조처리를 행한다. 건조처리부(70)는, 드라이 에어 등의 건조용 에어(온풍)를 기판(FS)의 표면에 불어내는 블로어, 적외선 광원, 또는 세라믹 히터 등에 의해서, 기판(FS)에 잔존하고 있는 세정액(LQ2)을 건조시켜 제거한다. 건조처리부(70) 내에 마련된 안내롤러(R60~R62), 에어 턴 바(AT53~AT55), 및 닙롤러(NR52)는, 기판(FS)의 반송 경로를 길게 하기 위하여, 꾸불꾸불한 형태의 반송로가 되도록 배치되어 있다. 본 제1 실시형태에서는, 안내롤러(R60~R62) 및 닙롤러(NR52)를, 에어 턴 바(AT53~AT55)에 대해서 +Z방향 측에 배치함으로써, 기판(FS)의 반송로를 꾸불꾸불하게 하여 기판(FS)을 +X방향으로 반송시키고 있다.
또한, 건조처리부(70)는, 기판(FS)을 소정 길이에 걸쳐서 축적 가능한 축적부(버퍼)로서 기능한다. 이것에 의해, 처리장치(PR4)(또는 PR5)로부터 보내져 오는 기판(FS)의 반송 속도와, 처리장치(PR6)(또는 회수 롤(FR2))로 보내는 기판(FS)의 반송 속도를 다른 속도로 했을 경우라도, 그 속도차이를 건조처리부(70)에서 흡수할 수 있다. 건조처리부(70)를 축적부로도 기능시키기 위해서, 에어 턴 바(AT53~AT55)는, Z방향으로 이동 가능하게 하며, 또한, -Z방향 측으로 상시 소정의 힘(텐션)을 가해지고 있다. 따라서, 건조처리부(70)에 입출하는 기판(FS)의 반송 속도의 차이에 의해서 생기는 건조처리부(70) 내의 기판(FS)의 축적 길이의 변화에 따라 에어 턴 바(AT53~AT55)는 Z방향(+Z방향 또는 -Z방향)으로 이동한다. 이것에 의해, 건조처리부(70)는, 기판(FS)에 소정의 텐션을 부여한 상태로 소정 길이에 걸쳐서 기판(FS)을 축적할 수 있다. 또한, 반송 경로를 꾸불꾸불하게 하여 길게 함으로써, 기판(FS)에 잔류한 액체의 잔사(殘渣), 기판(FS)에 침윤한 액체의 분자 등을 효과적으로 건조시킬 수 있는 것과 동시에, 건조처리부(70)가 축적할 수 있는 소정 길이(최대 축적 길이)도 길게 할 수 있다.
이상과 같이, 처리장치(성막장치)(PR2)의 일부를 구성하는 미스트 발생장치(MG1)(MG2)는, 미립자(NP)를 포함하는 분산액(DIL1)을 보유하는 용기(30a)와, 제1 주파수의 진동을 용기(30a) 내의 분산액(DIL)에 부여함으로써, 미립자(NP)의 분산액(DIL1) 중에서의 응집을 억제하는 진동부(32a)와, 제1 주파수보다도 높고, 분산액(DIL1)의 표면으로부터 미립자(NP)를 포함하는 미스트(MTa)를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 용기(30a) 내의 분산액(DIL1)에 부여하는 진동부(34a)를 구비한다. 이것에 의해, 미립자(NP)의 응집을 억제하는 계면활성제를 분산액(DIL)에 첨가할 필요가 없어져, 성막을 위한 공정, 공수가 줄어들고, 또한, 성막 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 미스트 발생장치(MG1)(MG2)는, 용기(30a) 내에 발생한 미스트(MTa)가 액화한 분산액(DIL2)을 보유하는 용기(30b)와, 용기(30b) 내의 분산액(DIL2)에 제2 주파수를 부여하는 진동부(34b)를 추가로 구비하며, 용기(30a) 내에 발생한 미스트(MTa)는, 캐리어 가스에 의해서 용기(30b)로 반송된다. 이것에 의해, 용기(30a) 내에서 분산되지 못했던 입경이 비교적 큰 미립자(NP)(혹은 응집 상태로 잔류하는 미립자의 덩어리)가 미스트(MTa)와 함께 용기(30a)로부터 공급되었을 경우라도, 용기(30b)가 존재함으로써 필터링할 수 있다. 따라서, 별도, 특별한 필터링 기능을 마련할 필요는 없다.
진동부(32a)(32b)가 분산액(DIL)에 부여하는 진동의 제1 주파수는, 1MHz보다 낮은 주파수이다. 따라서, 진동부(32a)(32b)에 의해서 응집한 미립자(NP)를 효과적으로 분쇄(분산)하며, 또한, 미립자(NP)의 분산액(DIL1) 중에서의 응집을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 진동부(34a)(34b)가 분산액(DIL)에 부여하는 진동의 제2 주파수는, 1MHz 이상의 주파수이다. 따라서, 진동부(34a)(34b)에 의해서 분산액(DIL)의 표면으로부터 무화한 미스트(MT)를 효과적으로 발생시킬 수 있다.
［제2 실시형태］
다음에, 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태에서 설명한 구성과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 특별히 설명할 필요가 없는 구성에 대해서는 그 설명 및 도시를 생략한다.
도 8은, 제2 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치(MGa)의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다. 미스트 발생장치(MGa)는, 용기(30a, 30b), 미스트 반송 유로(36a), 및 진동부(32a, 32b, 34a) 등을 구비한다. 용기(30a)는 분산액(DIL1)을 보유한다. 진동부(32a)는, 용기(30a)에 보유되어 있는 분산액(DIL1)에 대해서 제1 주파수(1MHz보다 낮은 주파수이며, 예를 들면, 20kHz)의 진동을 부여한다. 이것에 의해, 분산액(DIL1) 중에서 응집한 미립자(NP)가 분쇄(분산)됨과 아울러, 미립자(NP)의 분산액(DIL1) 중에서의 응집이 억제된다. 진동부(34a)는, 용기(30a)에 보유되어 있는 분산액(DIL1)에 대해서 제2 주파수(1MHz 이상의 주파수이며, 예를 들면, 2.4MHz)의 진동을 부여한다. 이것에 의해, 분산액(DIL1)의 표면으로부터 무화한 미스트(MT)가 발생한다. 수 μm 정도의 크기의 미스트(MT)의 입자의 각각에는, 미스트(MT)의 지름보다도 충분히 작은 미립자(NP)는 내포되지만, 미스트(MT)의 크기보다도 큰 미립자(NP)의 덩어리는 내포되지 않는다. 또한, 제2 실시형태에서는, 진동부(32a)를 분산액(DIL1)에 담가, 진동부(34a)를 용기(30a)의 외벽에 마련하도록 했지만, 진동부(32a, 34a)의 설치 위치는 이것으로 한정되지 않는다. 요점은, 진동부(32a, 34a)가 분산액(DIL1)에 대해서 소정의 주파수의 진동을 부여할 수 있으면 괜찮다. 이것은, 상기 제1 실시형태에서도 마찬가지이며, 후술하는 제3 실시형태에서도 마찬가지이다.
용기(30a) 내에 공급된 캐리어 가스(예를 들면, 질소의 압축 가스)에 의해서, 용기(30a) 내에서 발생한 미스트(MT)는, 미스트 반송 유로(36a)를 통해서 용기(30b)로 반송된다. 용기(30b)는, 용기(30a)로부터 반송되어 온 미스트(MT)가 액화한 분산액(나노 입자 분산액)(DIL2)을 보유한다. 따라서, 용기(30b) 내의 분산액(DIL2) 중의 미립자(NP)는, 미스트(MT)의 치수보다도 충분히 작은 나노 입자로 되어 있다. 용기(30b)는, 미스트 반송 유로(36b)가 마련되어 있지 않으며, 미스트 반송 유로(36a)와의 접속구 이외는 밀폐되어 있다. 그 때문에, 용기(30b)는, 미스트 반송 유로(36a)를 통해서 용기(30a)로부터 공급된 미스트(MT)를 효율적으로 액화시킬 수 있다.
진동부(제3 진동부)(32b)는, 용기(30b)에 보유되어 있는 분산액(DIL2)에 대해서 제1 주파수(예를 들면, 20kHz)의 진동을 부여한다. 이것에 의해, 분산액(DIL2) 중의 미립자(NP)의 응집을 억제할 수 있다. 따라서, 분산액(DIL2)을 나노 입자인 미립자(NP)가 분산된 상태, 즉, 미립자(NP)가 응집되어 있지 않은 분산액(나노 입자 분산액)의 상태로 보존해 둘 수 있다. 또한, 제2 실시형태에서는, 진동부(32b)를 용기(30b)의 외벽에 마련하도록 했지만, 진동부(32b)의 설치 위치는 이것으로 한정되지 않는다. 요점은, 진동부(32b)는, 분산액(DIL2)에 대해서 소정의 주파수의 진동을 부여할 수 있으면 괜찮다. 이것은, 상기 제1 실시형태에서도 마찬가지이다.
그리고, 성막을 실시할 때에, 용기(30b)에 보유, 보존되어 있는 분산액(DIL2)을 사용하면 좋다. 이 경우는, 용기(30b)의 분산액(DIL2)을, 성막을 위해서 이용되는 다른 미스트 발생장치의 용기로 옮겨도 괜찮다. 또한, 상기 제1 실시형태와 같이, 공급관(ST1)(ST2)에 접속되는 미스트 반송 유로(36b)를 용기(30b)에 접속하고, 또한, 용기(30b)에, 제2 주파수로 진동하는 진동부(34b)를 마련하면 좋다. 따라서, 본 제2 실시형태에서도, 미립자(NP)의 응집을 억제하는 계면활성제를 분산액(DIL)에 첨가할 필요가 없어져, 성막을 위한 공정, 공수가 줄어들고, 또한, 성막 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 용기(30a)에서 발생시킨 미스트(MT)를 용기(30b)로 효율적으로 액체(분산액(DIL2))로 되돌리기 위해서, 용기(30a) 내의 온도에 대해서 용기(30b) 내의 온도(용기(30b)의 내벽 온도)를 낮게 설정하고, 결로를 촉진해도 괜찮다.
［제3 실시형태］
다음에, 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 제3 실시형태에서도, 상기 제1 실시형태에서 설명한 구성과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 특별히 설명할 필요가 없는 구성에 대해서는 그 설명 및 도시를 생략한다.
도 9는, 제3 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치(MGb)의 간략적인 구성을 나타낸 도면이다. 미스트 발생장치(MGb)는, 용기(30a, 30b), 미스트 반송 유로(36a, 36b), 및 진동부(32a, 34a, 34b) 등을 구비한다. 상기 제1 실시형태와 다른 점은, 용기(30b) 내에 용기(30b)의 내부 공간을 제1 공간(80a)과 제2 공간(80b)으로 구획하는 세퍼레이터(separator)(82)를 마련한 점과, 제1 공간(80a) 내의 기체(미스트(MT)도 포함)를 배기하는 배기부(84)를 마련한 점과, 제2 공간(80b) 내에, 용기(30a)에 공급하는 캐리어 가스(예를 들면, 질소 등의 압축 가스)와 다른 캐리어 가스(예를 들면, 질소와 아르곤이 혼합된 압축 가스)를 공급하기 위한 가스 유로(GT2)를 마련한 점이다. 또한, 양자의 캐리어 가스를 구별하기 위해서, 편의적으로, 용기(30a)에 공급되는 캐리어 가스를 제1 캐리어 가스라고 부르며, 제2 공간(80b) 내에 공급되는 캐리어 가스를 제2 캐리어 가스로 부르는 경우가 있다. 또한, 제1 공간(80a) 내의 분산액(DIL1)으로부터 발생한 미스트(MT)를 MTa라고 하며, 제2 공간(80b)내의 분산액(DIL2)으로부터 발생한 미스트(MT)를 MTb라고 한다.
미스트 반송 유로(36a)는, 제1 공간(80a)과 연통하고 있으며, 미스트 반송 유로(36a)를 통해서 용기(30a)로부터 반송되어 온 미스트(MTa)는, 제1 캐리어 가스와 함께 이 제1 공간(80a) 내에 들어간다. 즉, 제1 공간(80a)에는, 용기(30a)로부터 반송되어 온 미스트(MTa)가 존재하고 있다. 세퍼레이터(82)는, 용기(30a)로부터 반송되어 온 미스트(MTa) 및 제1 캐리어 가스의 제2 공간(80b) 내로의 침입을 저지한다. 세퍼레이터(82)는, 그 하단이 용기(30b) 내에 보유되어 있는 분산액(DIL2)에 잠기어 있으며, 상단이 용기(30b)의 상벽까지 연장되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 세퍼레이터(82)의 하단이 용기(30b) 하벽까지 연장되어 있으면, 용기(30a)로부터 반송되어 온 미스트(MTa)가 액화한 분산액(DIL2)은, 제2 공간(80b)에 침입할 수 없고, 제1 공간(80a) 내에서 머물기 때문에, 세퍼레이터(82)의 하단은, 용기(30b)의 하벽(저판)보다 상방에 위치하고 있다. 또한, 세퍼레이터(82)의 하단을 용기(30b)의 하벽까지 연장하는 경우는, 세퍼레이터(82)의 하단부(분산액(DIL2)의 액면보다도 낮은 위치)에, 제1 공간(80a)과 제2 공간(80b)을 연통시키기 위한 구멍을 마련하면 좋다.
배기부(84)는, 제1 공간(80a)과 연통하고 있으며, 주로, 용기(30a)로부터 용기(30b)의 제1 공간(80a)에 공급되어 온 제1 캐리어 가스를 배기하는 것이다. 또한, 배기부(84)는 미스트(MTa)도 배기하는 경우가 있을 수 있기 때문에, 미스트(MTa)의 배기를 저감시키기 위한 필터를 배기부(84)에 마련하는 것이 바람직하다.
제2 공간(80b)에는, 진동부(34b)에 의한 진동에 의해서 용기(30b) 내의 분산액(DIL2)의 표면으로부터 무화한 미스트(MTb)가 존재하고 있다. 진동부(34b)에 의한 진동에 의해서 분산액(DIL2)의 표면으로부터 발생한 미스트(MTb)의 대부분 또는 전부가 제2 공간(80b) 내로 방출되도록, 진동부(34b)를 제2 공간(80b)측에 마련하는 것이 바람직하다. 제2 공간(80b)과 미스트 반송 유로(36b)는 연통하며, 제2 공간(80b)과 가스 유로(GT2)는 연통하고 있다. 그 때문에, 가스 유로(GT2)를 통해서 도시하지 않은 가스 공급부로부터 제2 공간(80b) 내로 공급된 제2 캐리어 가스에 의해서, 미스트(MTb)는, 미스트 반송 유로(36b)를 통해서 미스트 처리부(성막부)에 공급된다. 이 제2 캐리어 가스의 제1 공간(80a) 내로의 침입은 세퍼레이터(82)에 의해서 저지된다. 이 미스트 처리부는, 미스트(MTb)를 이용하여 기판(FS)의 표면에 대해서 성막처리를 행한다.
이와 같이, 세퍼레이터(82)를 마련하는 것에 의해 용기(30a)에 공급하는 캐리어 가스와 미스트 처리부에 공급하는 캐리어 가스를 다르게 할 수 있다. 따라서, 미스트 처리부에 의한 성막처리에 적절한 캐리어 가스를 미스트 처리부에 공급하는 것이 가능해진다. 세퍼레이터(82)에 의해서 캐리어 가스를 분리하고 있으므로, 제2 캐리어 가스의 유량을 제어함으로써, 미스트 처리부에 공급하는 미립자(NP)의 농도 또는 양을 간단하게 제어할 수 있다. 이 제어는, 처리장치(PR2)의 하위 제어장치(14b)에 의해서 행하여진다.
［변형예］
상기 제1~제3 실시형태 중 적어도 하나는, 이하와 같은 변형이 가능하다. 또한, 상기 제1~제3 실시형태에서 설명한 구성과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 특별히 설명할 필요가 없는 구성에 대해서는 그 설명 및 도시를 생략한다.
(변형예 1) 상기 제1 또는 제3 실시형태에서는, 미스트 발생장치(MG1, MG2, MGb)에 의해서 발생한 미스트(MT)와 불활성의 캐리어 가스(예를 들면, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 질소 등)가 혼합된 처리 가스를 기판(FS)의 표면에 분무하고, 미스트(MT)에 포함되는 미립자(나노 입자)를 기판(FS)의 표면에 퇴적시키는 미스트 디포지션(deposition)법을 이용하여 박막을 형성하고 있다. 이 미스트 디포지션법은, 예를 들면, 일본 특허공개 평10-130851호 공보에 개시되어 있듯이, 대기압 근방의 압력하에서, 시트 모양 기판의 표면에 기능성의 박막을 형성하는 플라스마 처리장치에 적용할 수 있다. 이 특허 공개 공보에는, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 시트 모양 기판을 배치하고, 금속-수소화합물, 금속-할로겐 화합물, 금속 알코올레이트(alcoholate) 등의 처리 가스를 시트 모양 기판의 표면에 분무한 상태에서, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 고전압의 펄스 전계를 인가하여 방전 플라스마를 발생시킴으로써, 시트 모양 기판의 표면에 SiO2, TiO2, SnO2 등의 금속 산화물 박막을 형성하는 것이 개시되어 있다.
플라스마 처리장치는, 전극의 구성이나 배치, 고전압의 인가 방법 등에 관하여 여러 가지의 방식이 있지만, 어느 것이든 처리 가스가 기판의 표면과 접촉하는 영역에 균일한 플라스마를 발생시킴으로써, 균일한 두께의 박막을 형성하는 것이다. 미스트 디포지션법(혹은 미스트 CVD법)에 플라스마 어시스트를 가하는 경우는, 성막해야 할 기판의 표면의 근처에서, 미스트를 포함한 처리 가스가 분무되는 공간 중에 비열평형의 대기압 플라스마를 발생시키는 것이 바람직하고, 헬리콘(helicon)파를 이용한 대기압 플라스마 발생장치를 이용하여도 괜찮다. 저온(200℃ 이하) 환경하에서 비열평형 대기압 플라스마 처리에 의해서 성막하는 장치는, 예를 들면, 일본 특허공표 제2014-514454호 공보에 개시되어 있다.
상기한 미스트 발생장치(MG1, MG2, MGb)를 이용하면, 미스트(MT)의 발생시에도 초음파 진동에 의해서 미립자(NP)의 응집이 억제되어 있기 때문에, 개개의 미스트(MT)에 포함되는 미립자(NP)는 대부분 응집하지 않고, 혹은 응집했다고 해도 미스트(MT)의 사이즈보다는 충분히 작은 사이즈의 덩어리가 되어 기판(FS)의 표면에 도달한다. 따라서, 상술한 플라스마 처리장치와 조합함으로써, 형성되는 박막이 균일한 두께로 치밀하게 됨과 아울러, 성막 레이트(단위시간당 퇴적하는 막 두께량)도 향상한다. 또한, 플라스마 처리장치를 상기한 실시형태에 적용하는 경우는, 미스트 처리부(도 2의 성막실(22)) 내에, 플라스마 처리장치(상부 전극 및 하부 전극 등을 포함)를 마련하면 좋다.
(변형예 2) 도 10은, 변형예 2에 있어서의 디바이스 제조 시스템(10a)의 개략적인 구성을 나타낸 개략 구성도이다. 디바이스 제조 시스템(10a)에 있어서는, 공급 롤(FR1)로부터 공급된 기판(FS)은, 처리장치(PR1), 처리장치(PR3), 처리장치(PR4), 처리장치(PR2)의 순서로, 처리장치(PR1~PR4) 내를 지나도록 반송되어 회수 롤(FR2)에 의해서 권취된다. 따라서, 기판(FS)에는, 기초처리, 도포처리, 노광처리, 성막처리의 순서로, 각 처리가 행하여지게 된다.
본 변형예 2에 대해서는, 처리장치(PR3)에 의한 도포처리에 의해서 도포되는 감광성 기능액(층)을, 국제공개 제2013/176222호 공보에 개시되어 있듯이, 자외선의 조사에 의해서 친발액성으로 콘트라스트(contrast)를 붙일 수 있는 감광성 실란 커플링제(감광성 SAM)로 한다. 따라서, 처리장치(PR3)로부터 처리장치(PR4)로 반송되는 기판(FS)의 표면에는, 감광성 실란 커플링제의 감광성 기능층이 형성되어 있다. 그리고, 처리장치(PR4)가, 기판(FS)상에 패턴을 노광하면, 기판(FS)의 표면에 형성된 감광성 실란 커플링제의 감광성 기능층은, 패턴에 따라 노광된 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질되고, 미노광의 부분이 발액성 그대로 된다.
그리고, 처리장치(PR2)가 처리장치(PR4)로부터 보내져 온 기판(FS)에 대해서 박막을 형성하기 위해서 기판(FS)의 표면에 미스트(MT)를 분무하면, 미노광의 부분에 부착된 미스트(MT)는 밀착력이 약한 상태가 된다. 그 때문에, 도 2 중의 성막실(22) 내, 또는 건조처리 유닛(26) 내의 블로어 등에 의해서, 미노광의 부분에 부착된 미스트는 흘러가 버린다. 이것과는 반대로, 노광된 부분에 부착된 미스트(MT)는, 블로어 등에 의해서 흘러가지 않고, 성막된다. 이와 같이, 기판(FS)에 대해서 처리를 행함으로써, 미스트 디포지션법으로, 기판(FS)상에 패턴의 형상이나 사이즈에 따라 선택적으로 박막을 형성할 수 있다. 또한, 기판(FS)의 반송 방향에서 봐서, 분무 노즐(NZ1, NZ2)의 하류측이며 건조처리 유닛(26)의 상류 측에, 미노광의 부분에 부착된 미스트(MT)를 날려 버리는 전용의 에어 노즐을 마련해도 좋다.
(변형예 3) 미스트 발생장치(MG1, MG2, MGa, MGb)의 용기(30a)에 의해서 보유되는 분산액(DIL)에, 예를 들면, 발생하는 미스트(MT)의 입자의 지름보다도 큰 입자, 예를 들면, 입경이 5~30μm 이상의 큰 입자를 혼입시켜도 괜찮다. 입경이 비교적 큰 입자(이하, 분쇄용 입자)를 혼재시킴으로써, 응집한 미립자(NP)를 효율 좋게 분쇄할 수 있다. 분쇄용 입자의 입경을 2.4MHz의 초음파에 의해 발생하는 미스트(MT)보다도 큰 입경으로 함으로써, 미스트(MT)에 포함되는 나노 입자의 미립자(NP)와 분쇄용 입자를 분별할 수 있기 때문에, 응집한 미립자(NP)의 분쇄 후에, 분쇄용 입자의 침전을 기다려 웃물(겉물)액을 채취하는 수고가 불필요해져, 연속하여 나노 입자의 미립자(NP)를 만들어 낼 수 있다.
(변형예 4) 이상의 도 3, 도 8, 도 9에 나타낸 미스트 발생장치(MG1, MG2, MGa, MGb)에서는, 미스트(MT)를 발생시키는 경우, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 응집을 억제하기 위한 제1 진동부(32a, 32b)와, 분산액(DIL)의 표면으로부터 미스트(MT)를 발생시키기 위한 제2 진동부(34a, 34b)를 대략 동시에 작동시키는 것이 좋다. 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 재료에 따라서는, 미립자(NP)가 미스트(MT)(실효적인 지름 2~5μm) 중에 효율적으로 함유되는 사이즈(1 입자의 미스트에 함유 가능한 사이즈)로 분산된 상태에서, 제1 진동부(32a, 32b)의 구동을 정지한 후, 분산되어 있던 미립자(NP)가 미스트(MT)에 유효하게 함유되지 않는 사이즈(1 입자의 미스트에 함유 불가능한 사이즈) 이상으로 응집할 때까지의 시간에 차이가 있는 경우도 있다. 그래서, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)가 미스트(MT)의 1 입자에 함유 가능한 사이즈까지 분산된 엔트로피가 큰 상태로부터, 미립자(NP)가 미스트(MT)의 1 입자에 함유 불가능한 사이즈까지 응집된 엔트로피가 작은 상태로 천이하는 시간을 고려하여, 제1 진동부(32a, 32b)의 구동을 간헐적으로 행해도 괜찮다.
여기서, 초음파 진동을 이용한 분산과 무화에 대해서, 더 자세하게 설명한다. 초음파를 이용한 분산은, 분산액 중에서의 캐비티 효과가 작용하고 있다고 생각된다. 이것은, 분산액(DIL)에 부여한 초음파가 액체를 잡아뗄 때에 액체 중에 캐비티(공동)가 발생하며, 발생한 캐비티가 파괴될 때 생기는 매우 높은 에너지의 충격파에 의해서, 응집된 미립자의 덩어리가 분쇄되는 것이라고 생각된다. 따라서, 분산의 효율화를 위해서는, 분산액에 부여하는 초음파의 주파수와 출력이 크게 영향을 준다. 분산에 필요하게 되는 주파수는, 분산액 중에 캐비티를 발생시키는 것이면 한정되지 않지만, 일반적으로는 수십 KHz 정도이다. 그것보다도 주파수가 높아지면, 캐비티의 발생 수는 증가하지만, 하나 하나의 캐비티의 크기가 작아지기 때문에, 충격파의 에너지는 상대적으로 저하되는 경향이 된다. 분산액에 부여하는 초음파의 출력(진동 진폭)은, 클수록 효율적이어서, 대용량의 분산액(DIL) 중에서의 미립자(NP)의 분산을 단시간에 달성할 수 있다.
한편, 분산액(DIL)으로부터 미스트를 발생시키는 초음파의 주파수대역에서는, 분산액 중에서 큰 캐비티가 발생하기 어렵고, 미립자(NP)의 응집한 덩어리를 분쇄하는 능력은 낮다. 그렇지만, 분산액의 액중으로부터 액면을 향해서 초음파를 조사하면, 액면 부근의 분산액이 수 μm 정도의 크기의 액적(液滴)으로 떼어져 미스트가 발생한다. 미스트(액적) 발생의 메커니즘에는, 캐비테이션(cavitation)설과 표면장력파(capillary wave)설이 있지만, Earozoru Kenkyu, 26(1). 18-23(2011)에 게재된 논문 "초음파 무화에 의한 나노 액적의 발생"에 의하면, 표면장력파설에 기초하는 이하의 랑그(Lang)의 식에 의해서, 발생하는 미스트 지름(D)이 이론적으로 구해진다.
이 식에서, Λ(cm)는 액면에 생기는 표면장력파의 파장을 나타내며, ρ(g/cm3)는 액체의 밀도, γ(mN/m)는 액체의 표면장력, F(Hz)는 초음파의 주파수이다. X는 실험적으로 구해져 있는 비례 상수로, 0.34로 되어 있다. 분산액(DIL)으로부터 수 μm 이하의 지름의 미스트를 발생시키는 초음파 주파수는, 분산액(DIL)의 분산매가 물인 경우는 2.4MHz가 적합이지만, 분산매가 물 이외의 액체, 예를 들면 에틸렌글리콜에서는, 상기의 식에 기초하면, 더 낮은 주파수의 1.1MHz 부근에서도 미스트가 발생하게 된다. 따라서, 효율적으로 소망하는 지름의 미스트를 발생시키기 위해서는, 분산액(DIL)의 분산매의 차이에 따라 초음파의 주파수를 조정하는 것이 좋다는 것을 알 수 있다. 또한, 분산액(DIL)의 무화는 액면으로부터 발생하기 때문에, 진동부(34a, 34b) 등의 초음파 진동자는, 초음파의 진행 방향을 액면방향으로 향하게 함과 아울러, 전반(傳搬)하는 초음파가 감쇠하지 않고 액면에 도달하는 상태로 배치된다.
(변형예 5) 도 11은, 이상의 것을 근거로 제1, 제2 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치를 변형한 예를 나타낸다. 도 11에 있어서, 앞의 도 3 중에 나타낸 부재나 구성과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이며, 그 설명은 생략 또는 간략화한다. 본 변형예에서는, 도 3과 마찬가지로, 밀폐된 용기(30a)와, 용기(30a) 내에 질소(N2) 등의 캐리어 가스를 공급하는 가스 유로(배관)(GT)와, 용기(30a) 내에서 발생한 미스트(MT)를 캐리어 가스와 함께 외부로 인도하는 반송 유로(배관)(36a)가 마련되어 있다. 본 변형예에서는, 분산액(DIL)을 저장하여 미스트(MT)를 발생하는 내부 용기(33)가 용기(30a) 내에 마련되며, 발생한 미스트(MT)를 수집하여 반송 유로(배관)(36a)로 인도하는 깔때기 모양의 미스트 수집부재(38c)가 내부 용기(33)의 상방의 개구부를 덮도록 마련된다. 가스 유로(배관)(GT)로부터 공급되는 캐리어 가스는, 내부 용기(33)의 외주벽과 미스트 수집부재(38c)의 하방부의 내주벽과의 사이의 틈새를 통하여, 미스트 수집부재(38c)를 통해서 반송 유로(배관)(36a)로 가로지르도록 흐른다.
내부 용기(33) 내에는 소정의 깊이로 분산액(DIL)이 채워지며, 그 액면의 높이는 액면레벨 센서(LLS)에 의해서 순서대로 계측된다. 액면레벨 센서(LLS)로 계측되는 액면레벨에 관한 계측 정보(Sv)는 분산액 생성부(90)에 보내진다. 분산액 생성부(90)는, 도 3에 나타낸 구성과 마찬가지의 분산질 공급부(DD)로부터 공급되는 미립자(NP)를, 분산매(액체)로서의 순수(純水)(H2O)에 소정의 농도(중량%)로 혼합하여 분산액(DIL)을 생성하는 혼합 기구와, 생성된 분산액(DIL)을 일시적으로 축적하는 탱크와, 탱크 내의 분산액(DIL)을 내부 용기(33)에 보내는 액체 유로(배관)(WT1)에 송출하는 펌프 기구로 구성된다. 미스트(MT)의 발생에 수반하여 내부 용기(33) 내의 분산액(DIL)의 액면은 저하하므로, 분산액 생성부(90)의 펌프 기구는, 액면레벨 센서(LLS)로부터의 계측 정보(Sv)에 기초하여 내부 용기(33) 내의 분산액(DIL)의 액면이 지정된 높이로 보유되도록 서보 제어된다.
또한, 내부 용기(33) 내에는, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 응집을 억제(분산을 촉진)하기 위한 진동부(초음파 진동자)(32a)와, 분산액(DIL)의 액면으로부터 미스트(MT)를 발생하기 위한 진동부(초음파 진동자)(34a)가 마련된다. 미립자(NP)의 응집을 억제하기 위한 진동부(초음파 진동자)(32a)는, 내부 용기(33)의 내부의 측벽에 마련되며, 예를 들면 20KHz로 진동한다. 이 경우, 진동부(32a)로부터의 진동파는 분산액(DIL) 중을 액면과 평행한 방향으로 진행하여, 미립자(NP)의 응집을 억제하거나, 미립자(NP)가 응집하여 큰 덩어리가 되었을 경우는, 그 덩어리를 파쇄하거나 한다. 분산액(DIL) 중에서 미립자(NP)를 분산 상태(비응집 상태)로 하기 위한 진동부(32a)는, 내부 용기(33)의 내부이면 어디라도 괜찮고, 조건에 따라서는 내부 용기(33)의 외벽부에 고정해도 괜찮다.
내부 용기(33) 내의 진동부(초음파 진동자)(34a)는, 본 변형예에서는, 분산액(DIL) 내에서의 위치나 자세를 조정할 수 있는 조정 기구(92)에 의해서 지지되어 있다. 조정 기구(92)는, 내부 용기(33)의 저부벽을 관통하여 진동부(34a)를 유지하는 복수의 로드(rod) 모양의 지지부재(92a, 92b)를 구비하며, 지지부재(92a, 92b)의 각각을 상하 방향(Z방향)으로 이동시킴으로써, 진동부(34a)의 높이 위치나 기울기 등의 자세를 조정한다. 진동부(34a)는, 미스트(MT)를 발생하기 위한 진동파가 분산액(DIL)의 액면을 향하도록 설정되지만, 미스트 발생을 효율적으로 하기 위해서, 분산액(DIL)의 액면으로부터 진동부(34a)까지의 깊이(DP), 혹은 진동파가 진행하는 방향과 액면(여기에서는 XY평면과 평행)과의 이루는 각도(α)(통상은 90도)를 조정하는 것이 좋다. 이것은, 분산액(DIL)의 분산질(미립자)의 종류나 분산매(액체)의 종류를 바꾸는 경우, 효율적인 미스트 발생을 위한 진동부(34a)의 배치 조건이 바뀔 가능성이 있기 때문이다. 또한, 깊이(DP)는, 복수의 지지부재(92a, 92b)를 동일한 거리만큼 Z방향으로 이동시킴으로써 조정할 수 있으며, 각도(α)는 복수의 지지부재(92a, 92b)의 각각을 다른 거리만큼 Z방향으로 이동시킴으로써 조정할 수 있다. 각도(α)는, 통상은 90도가 좋지만, 90도에서 ±10도 정도의 범위(80도~100도)로 기울이면, 미스트 발생의 효율이 향상하는 경우도 있다.
이상의 본 변형예에 의하면, 분산액(DIL)의 액면의 높이를 조정할 수 있는 액면 조정 기능과, 미스트 발생용의 진동부(34a)의 분산액(DIL) 중에서의 설치 상태를 조정할 수 있는 설치 조정 기능을 마련했으므로, 적어도 어느 한쪽의 기능을 이용하는 것에 의해서, 발생하는 미스트(MT)의 캐리어 가스 중에서의 농도를 안정되게 하는 것이 가능해진다. 또한, 설치 조정 기능에 의하면, 미스트 발생의 효율을 높은 상태에 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 본 변형예와 같이, 분산액(DIL)의 액면 조정 기능이나 미스트 발생용의 진동부(34a)(34b)의 설치 조정 기능은, 앞의 각 실시형태(도 3, 도 8, 도 9)에 대해서도, 마찬가지로 마련할 수 있다.
(변형예 6) 도 12는, 제1, 제2 실시형태에 있어서의 미스트 발생장치를 변형한 예를 나타낸다. 도 12에 있어서, 앞의 도 3 중에 나타낸 부재나 구성과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이며, 그 설명은 생략 또는 간략화한다. 본 변형예에서는, 앞의 도 11과 마찬가지로, 분산액(DIL)을 저장하는 제2 내부 용기(33A)(금속성이 좋음)를 용기(30a)의 내부에 마련한다. 이 내부 용기(33A)의 저부는 구면 모양으로 형성되어 있으며, 용기(30a) 내에 저장된 물(H2O) 속에 잠기도록 설치된다. 용기(30a) 내의 물에는, 예를 들면 20KHz의 구동 신호(Ds1)로 가진(加振)되는 진동부(32a)(세라믹 진동자 등)에 의해서 진동파가 부여된다. 그 진동파는, 내부 용기(33A)의 벽면을 통해서 분산액(DIL)으로 전반되며, 분산액(DIL)에는 미립자(NP)를 유효하게 분산하는 진동파가 부여된다. 내부 용기(33A)의 내부에는, 분산액(DIL)의 액면으로부터 미스트(MT)를 발생하기 위해서, 예를 들면 2.4MHz의 구동 신호(Ds2)로 가진되는 진동부(34a)가 설치된다. 내부 용기(33A)에서 발생한 미스트(MT)는, 가스 유로(배관)(GT)를 통해서 도입되는 질소(N2) 등의 캐리어 가스와 함께, 미스트 수집부재(38a)에 의해 수집되어 미스트 반송 유로(36a)로 가로질러 간다. 본 변형예에서도, 도 11에 나타낸 분산액 생성부(90)에서 만들어진 분산액(DIL)이, 액체 유로(배관)(WT1)를 통해서 내부 용기(33A)에 주입된다. 또한, 도 12에서는, 미스트 수집부재(38a)를 내부 용기(33A)의 바로 위의 위치로부터 X방향으로 조금 옮겨서 나타냈지만, 도 11의 미스트 수집부재(38c)와 같이, 내부 용기(33A)의 상방의 개구부를 덮도록 구성으로 하는 것이 좋다.
본 변형예에서는, 내부 용기(33A)의 벽면이 액체(물)를 매개로 하여 진동부(32a)로부터의 진동파에 의해서 진동하는 것에 의해서, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)를 분산 상태로 한다. 따라서, 본 변형예에서는, 분산을 위한 진동을 분산액(DIL)에 부여하는 진동부가, 진동부(32a)와 용기(30a) 내의 물(액체)과 내부 용기(33A)의 벽에 의해서 구성된다. 내부 용기(33A)는 용기(30a) 내에 지지되지만, 내부 용기(33A)의 벽이 구동 신호(Ds1)의 주파수(예를 들면 20KHz)로 진동하는 것을 최대한 저해하지 않도록, 탄성 재료 등을 이용한 유지 구조로 하는 것이 좋다. 또한, 본 변형예에서는, 용기(30a) 내의 물(H2O)에서는 미스트가 발생하지 않는 구성으로 하기 때문에, 용기(30a) 내의 물(H2O)을 저장하는 공간과, 분산액(DIL)으로부터의 미스트(MT)가 발생하는 공간을 칸막이 부재(내부 용기)(33B)에 의해서 분리해 두는 것이 좋다. 그것에 의해서, 용기(30a) 내의 물(H2O)을 저장하는 공간은 밀폐된 공간이 된다. 그 때문에, 도 12와 같이 액체 유로(배관)(WT)를 통해서 빈번히 물(H2O)을 공급할 필요는 없지만, 장기간에 걸쳐 동일한 물을 계속 사용하면, 박테리아, 곰팡이, 잡균의 번식 등의 문제도 있으므로, 가끔, 액체 유로(배관)(WT)를 통해서 물(H2O)을 교환하는 것이 좋다.
이상의 본 변형예에 의하면, 내부 용기(33A) 내에는 미스트 발생용의 진동부(34a)만이 마련되기 때문에, 도 11의 변형예에 비해 내부 용기(33A)의 용적을 작게 할 수 있어, 분산액(DIL)의 용량을 줄일 수 있다. 또한, 본 변형예에 대해도, 도 11의 변형예와 마찬가지의 분산액(DIL)의 액면 조정 기능이나 미스트(MT)를 발생하기 위한 진동부(34a)의 배치 조정 기능을 마련할 수 있다.
(변형예 7) 도 13은, 도 11의 변형예에 있어서의 진동부(32a, 34a)를 위한 구동 제어 회로부의 일례를 나타낸 회로 블록도이다. 도 13의 구동 방식은, 도 11의 구성에 한정되지 않고, 앞의 제1 실시형태, 제2 실시형태, 그 외의 각 변형예의 각각의 구성에 대해서도, 완전히 동일하게 적용할 수 있다. 본 변형예에서는, 미스트 발생용의 주파수(예를 들면 2.4MHz)를 가진 고주파 신호(SF0)를 발진하는 발진 회로(200), 주파수 신디사이저(synthesizer) 회로(202), 증폭 회로(204A, 204B)를 구비한 회로 구성에 의해서, 미립자(NP)의 분쇄나 응집 억제를 위한 진동부(32a)와, 미스트 발생용의 진동부(34a)를 구동한다. 이 도 13의 회로 구성에서는, 진동부(32a, 34a)의 형태에 의해서, 2개의 모드 중 어느 한쪽의 모드로 진동부(32a, 34a)를 구동한다. 제1 모드에서는, 진동부(32a)가 미립자(NP)의 분쇄나 응집 억제에 적절한 주파수(예를 들면 100KHz 이하)로 튜닝된 초음파 진동자이며, 진동부(34a)가 미스트 발생에 적절한 주파수(예를 들면 1MHz~수MHz)로 튜닝된 초음파 진동자이고, 진동부(32a)를 구동하는 구동 신호(Ds1)와, 진동부(34a)를 구동하는 구동 신호(Ds2)와의 각 주파수를 크게 다르게 하는 것이다. 제2 모드에서는, 2개의 진동부(32a, 34a)의 양쪽을 미스트 발생에 적절한 주파수(예를 들면 1MHz~수 MHz)로 튜닝된 초음파 진동자로 하고, 구동 신호(Ds1, Ds2)의 주파수의 사이에, 미립자(NP)의 분쇄나 응집 억제에 적절한 주파수(예를 들면 100KHz 이하)분의 차이를 부여하여, 그 차분의 비트 주파수에 의한 진동파를 분산액(DIL) 중에 발생시키는 것이다. 제1 모드인지 제2 모드인지의 선택은 주파수 신디사이저 회로(202)에 의해서 행하여진다.
주파수 신디사이저 회로(202)는, 미립자(NP)의 분쇄나 응집 억제에 적절한 주파수(예를 들면 20KHz)를 지정하는 설정 정보(SFv)를, 도 1 또는 도 10에 나타낸 성막장치(PR2)의 하위 제어장치(14b)로부터 입력한다. 제1 모드의 경우, 주파수 신디사이저 회로(202)는, 발진 회로(200)로부터의 고주파 신호(SF0)(예를 들면 2.4MHz)를 그대로 고주파 신호(SF2)로서 증폭 회로(204A)에 인가하여, 증폭된 구동 신호(Ds2)가 미스트 발생용의 진동부(34a)에 인가된다. 또한, 제1 모드의 경우, 주파수 신디사이저 회로(202)는, 입력한 고주파 신호(SF0)의 주파수(예를 들면 2.4MHz)를 소정의 분주(分周)비로 분주한 고주파 신호(SF1)를 생성한다. 본 변형예의 경우, 그 분주비는, 예를 들면 1/120으로 설정되기 때문에, 고주파 신호(SF1)의 주파수는 20KHz가 되며, 진동부(32a)에는, 증폭 회로(204b)를 통해서 미립자(NP)의 분산용으로 적합한 주파수(20KHz)의 구동 신호(Ds1)가 인가된다. 또한, 주파수 신디사이저 회로(202)에 의한 고주파 신호(SF0)의 분주비는 1/120에 한정되지 않고, 고주파 신호(SF0)의 주파수와 설정 정보(SFv)에서 지정되는 주파수와의 비에 기초해 자동 설정된다.
한편, 제2 모드의 경우, 주파수 신디사이저 회로(202)는, 제1 모드와 마찬가지로, 발진 회로(200)로부터의 고주파 신호(SF0)를 그대로 고주파 신호(SF2)로서 증폭 회로(204A)에 인가하며, 증폭된 구동 신호(Ds2)를 미스트 발생용의 진동부(34a)에 인가한다. 제2 모드의 경우, 주파수 신디사이저 회로(202)는, 고주파 신호(SF0)의 주파수에 대해서 설정 정보(SFv)에서 지정되는 주파수분(周波數分)만큼 높은 주파수, 또는 낮은 주파수의 고주파 신호(SF1)를 생성한다. 즉, 주파수 신디사이저 회로(202)는, 주파수가 SF2=SF0, SF1=SF2+SFv(혹은, SF2-SFv)의 관계가 되도록 주파수 합성을 실시한다. 이러한 주파수 합성은, 디지털 처리 회로와 아날로그 처리 회로 중 어느 것이라도 가능하다. 이것에 의해서, 진동부(34a)는, 예를 들면 2.40MHz의 구동 신호(Ds2)에 응답하여 진동하며, 진동부(32a)는, 예를 들면 2.42MHz(또는 2.38MHz)의 구동 신호(Ds1)에 응답하여 진동한다. 진동부(34a)로부터의 진동파와 진동부(32a)로부터의 진동파와의 사이에는, 0.02MHz(20KHz)의 차이가 있기 때문에, 그 차분의 비트 주파수에 의한 진동파가 분산액(DIL) 중에 생성된다. 비트 주파수에 의한 진동파는, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 덩어리를 분쇄하거나 응집을 억제하거나 하는데 적합한 주파수가 된다.
일반적으로, 압전 세라믹 소자 등의 초음파 진동자는 고유의 공진 주파수를 가지기 때문에, 그 공진 주파수의 구동 신호로 구동하는 것이 효율적이다. 본 변형예의 제2 모드에서는, 공진 주파수가 예를 들면 2.4MHz인 2개의 초음파 진동자(32a, 34a)의 각각에 인가하는 구동 신호(Ds1, Ds2)의 주파수 차이는 0.02MHz로 매우 작고, 2개의 초음파 진동자는 모두 공진 주파수대역에서 구동되게 된다.
이상, 본 변형예의 제2 모드에 의하면, 미립자(NP)의 덩어리의 분쇄나 응집의 억제를 위한 진동부(32a)와, 미스트 발생용의 진동부(34a)와, 미스트 발생용의 높은 주파수에 대해서 튜닝된 동일한 초음파 진동자로 할 수 있다. 또한, 제2 모드의 경우, 2개의 진동부(32a, 34a)는 어느 쪽이나 분산액(DIL)의 내부로부터 액면을 향해서 진동파가 진행하도록 배치됨과 아울러, 진동부(32a)로부터의 진동파와 진동부(34a)로부터의 진동파가 분산액(DIL)의 액면 아래에서 교차하도록 서로 조금 기울여 배치되면 좋다. 본 변형예의 제2 모드의 경우, 2개의 진동부(32a, 34a)는, 어느 쪽이나 미스트 발생에 적절한 높은 주파수로 진동하는 초음파 진동자로 되며, 미립자(NP)의 덩어리의 분쇄나 응집의 억제에 적절한 낮은 주파수로 직접적으로 진동하는 초음파 진동자는 존재하지 않는다. 그렇지만, 2개의 진동부(32a, 34a)를 약간의 다른 주파수로 함께 진동시킴으로써, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 덩어리의 분쇄나 응집의 억제와, 미스트 발생을 동시에 실시할 수 있다. 이것으로부터, 본 변형예의 제2 모드에서는, 2개의 진동부(32a, 34a) 중 어느 한쪽을 진동하는 상태와, 2개의 진동부(32a, 34a) 양쪽 모두를 진동하는 상태를 소정 시간마다 전환함으로써, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 덩어리의 분쇄(응집의 해제)나 분산 상태의 촉진을, 일정한 시간 간격으로 실시할 수도 있다.
본 변형예에서는, 분산액(DIL)에 대해서 서로 다른 주파수의 진동을 부여하는 복수(3개 이상도 좋음)의 진동부(초음파 진동자)를 마련함으로써, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 응집을 억제하여 분산 상태를 촉진하는 기능과, 분산액(DIL)의 액면으로부터 미립자(NP)를 포함하는 미스트를 발생하는 기능 양쪽을 동시에 달성할 수 있다. 서로 다른 주파수란, 2개의 진동의 주파수의 비를 10배 이상(1MHz 이상과 100KHz 이하)으로 하는 경우와, 비트 발생을 위해서 2개의 진동의 주파수의 차이를 어느 하나의 진동의 주파수의 1/10 이하(100KHz 이하/1MHz 이상)로 하는 경우 중 어느 한쪽을 포함하는 것이다. 그리고, 본 변형예의 경우, 2개의 진동부(32a, 34a)는, 초음파 진동자를 다른 케이스(금속 케이스)에 수납한 것으로 했지만, 서로 다른 주파수의 구동 신호(Ds1, Ds2) 각각이 인가되는 초음파 진동자를 한 개의 케이스(금속 케이스) 내에 수납한 구성으로도 좋다.
예를 들면, 분산매(액체)의 종류, 분산질(미립자)의 종류에 따라서는, 미스트 발생을 위해서 분산액에 부여하는 진동 주파수(SF2)가 1MHz 정도, 미립자의 분산을 위해서 분산액에 부여하는 진동 주파수(SF1)가 100KHz 정도가 되는 경우에는, 도 13의 구동 제어 회로부에 의한 제2 모드에서의 구동을 위해서, 2개의 진동부(32a, 34a) 중 한쪽은, 예를 들면, 1MHz에 고유 공진 주파수를 가지는 압전 세라믹 소자로 하고, 다른 쪽은 0.9MHz 또는 1.1MHz에 고유 공진 주파수를 가지는 압전 세라믹 소자로 하면 좋다. 혹은, 고유 공진 주파수의 차이가 0.1MHz가 되도록, 각각 1.05MHz와 0.95MHz에 고유 공진 주파수를 가지는 2개의 압전 세라믹 소자로 해도 좋다.
［제4 실시형태］
도 14는, 제4 실시형태에 의한 미스트 발생장치의 구성을 나타내며, 전체적인 구성은 앞의 도 12로 나타낸 미스트 발생장치와 마찬가지지만, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)를 강제적으로 분산시키(응집을 방지하기)위한 진동부(32a)와, 분산액(DIL)의 표면으로부터 미스트(MT)를 발생시키기 위한 진동부(34a)의 배치를, 도 12의 배치에 대해서 반대로 한다. 즉, 용기(30a)(제2 용기)의 내측에는, 저장된 액체(LW)(물：H2O)에 저면부가 잠기도록 설치된 내부 용기(33B)(제1 용기)가 마련되며, 내부 용기(33B) 내에는 미립자(NP)를 함유한 분산액(DIL)이 소정의 깊이(DOL)로 저장되며, 분산액(DIL) 중의 미립자(NP)의 분산용의 프로브 모양(막대 모양)의 진동부(32a)가, 내부 용기(33B)의 상방의 개구부(33Bo)를 통해서 분산액(DIL) 중에 잠긴다. 용기(30a)에 저장된 액체(LW) 중에는, 미스트 발생용의 진동부(34a)가 마련된다. 도 14에 있어서, 중력 방향을 Z방향으로 하고, 그것과 수직인 평면을 XY면으로 하면, 분산액(DIL)의 표면(SQ)은 XY면과 평행하게 된다. 내부 용기(33B)는, 예를 들면, 폴리프로필렌(polypropylene)제이며, 저면은 XY면과 평행한 평면모양으로 형성되며, 측벽면에는 분산액(DIL)의 액면(SQ)보다도 높은 위치(+Z방향)에 배기구(EP)가 형성되어 있다. 발생한 미스트(MT)를 효율적으로 성막부로 인도하기 위해, 성막부측을 부압(負壓)으로 함(흡기함)으로써, 내부 용기(33B)의 개구부(33Bo)의 틈새로부터 유입된 대기가 미스트(MT)를 수반하여 배기구(EP)로부터 유출되는 플로우(flow)가 형성된다. 용기(30a)의 저부의 액체(LW) 중에 마련되는 진동부(34a)는, 순수를 매체로 한 분산액(DIL)으로부터 미스트(MT)를 효율적으로 발생시키기 위해, 진동 주파수가 2.4MHz 또는 1.6MHz인 초음파 진동자를 이용한다. 진동부(34a)의 진동 방향(초음파의 발생 방향)은 +Z방향으로 설정되며, 초음파는 액체(LW)를 통해서 내부 용기(33B)의 평면모양의 저면에 거의 수직으로 투사된다. 또한, 분산용의 프로브 모양의 진동부(32a)의 XY면 내에서의 위치와, 미스트 발생용의 진동부(34a)의 XY면 내에서의 위치는, 간격(SPL)만큼 떨어져 있는 것으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 분산용의 진동부(32a)의 진동 주파수가 20KHz 정도로 설정된다.
이상과 같은 구성의 미스트 발생장치에 있어서, 분산액(DIL)으로부터 미스트(MT)를 효율적으로 발생시키는 조건을 실험에 의해 확인해 보았다. 실험에서는, 사카이화학공업사(堺化學工業社)제의 이산화 지르코늄(ZrO2, 5wt.%)을 물(순수)에 분산시켜, ZrO2의 나노 입자(입자 지름은 3~5nm)를 함유하는 분산액(미스트 생성용 용액)(DIL)을 준비하고, 분산용의 프로브 모양의 진동부(32a)로서 이에다무역주식회사(家田貿易株式會社)에서 판매되고 있는 20KHz의 초음파 호머지나이저(homogenizer)(SONICS사제의 VC 시리즈, 또는 VCX 시리즈)를 이용하며, 미스트 발생용의 진동부(34a)로서는, 주식회사 세이코우(星光) 기술연구소에서 판매되고 있는 투입형 초음파 무화 유닛 IM1-24/LW(진동자 지름 20mmφ, 구동 주파수 1.6MHz)를 이용했다. 초음파 호머지나이저의 진동부(32a)는, 직경이 수 mm~수십 mm 정도의 티탄 합금제의 환봉(丸棒)(프로브 로드)의 상단부에 P. Z. T 소자에 의한 진동원을 장착한 구조로 되어 있으며, 진동원의 진동(20KHz)이 프로브 로드를 통해서 분산액(DIL)에 인가된다. 또한, 도 14에 나타낸 내부 용기(33B)의 배기구(EP)로부터는, 순환 아스피레이터(aspirator)를 사용하여, 내부 용기(33B) 내의 미스트(MT)를 포함하는 기체(공기)가 일정 유량으로 흡기되도록 조정했다.
도 14의 구성에 있어서, 100cc의 분산액(DIL)을 내부 용기(33B) 내에 넣고, 거리(SPL)를 수 cm 정도로 한 상태에서, 분산용의 진동부(32a)에 20KHz의 구동 신호(Ds1)를 인가하지 않고 분산액(DIL)을 무화했을 경우(강제 분산이 없는 무화 상태)와, 분산용의 진동부(32a)에 20KHz의 구동 신호(Ds1)를 인가하면서 분산액(DIL)을 무화했을 경우(강제 분산이 병용된 무화 상태)에, 무화의 효율이 바뀔지를 조사했다. 우선, 강제 분산이 없는 무화와 강제 분산이 병용된 무화 각각을 일정시간만큼 실시한 후에, 내부 용기(33B) 내에 잔존한 잔액량을 비교했는데, 강제 분산이 없는 무화에서의 잔액량은 약 97cc(3%의 무화량)가 되며, 강제 분산이 병용된 무화에서의 잔액량은 약 95cc(5%의 무화량)가 되었다. 이것으로부터, 강제 분산을 병용하여 무화하면, 무화 효율이 향상하는 것이 알게 되었다. 또한, 본 실시 형태에서는, XY면 내에서 보았을 때, 거리(SPL)가 영(0)인 경우, 혹은 분산용(응집 방지용)의 진동부(32a)와 무화용의 진동부(34a)가 적어도 일부 겹쳐 있는 경우, 미스트(MT)가 거의 발생하지 않는 경우가 있다. 이것은, 액체(LW)를 통해서 전반되는 진동부(34a)의 1.6MHz의 진동파가 가장 강하게 조사되는 내부 용기(33B)의 저면 부분과, 그 상방의 분산액(DIL)의 액면(SQ)의 부분과의 사이에, 장애물이 될 수 있는 분산용의 진동부(32a)가 존재하기 때문이다.
본 실시 형태에서는, 폴리프로필렌제의 내부 용기(33B)의 저면을 통해서, 무화용의 초음파 진동(1.6MHz)을 분산액(DIL)에 부여하는 구성으로 했다. 그 때문에, 내부 용기(33B)의 저면으로부터 분산액(DIL)의 액면(SQ)까지의 거리인 깊이(DOL)에 따라서는, 미스트(MT)의 발생시에 액면(SQ)에 나타나야 할 액주(液柱)가 효율적으로 발생하지 않고, 그 결과, 미스트(MT)가 발생하지 않는 경우가 생긴다. 그래서, 도 14의 구성에 있어서, 분산액(DIL)의 액면(SQ)의 높이, 즉 분산액(DIL)의 깊이(DOL)를 바꿔서, 무화 효율의 변화를 조사했다. 도 15는, 프로브 모양의 진동부(32a)(초음파 호머지나이저)에 의해서 20KHz로 분산액(DIL)을 강제 분산시키면서, 깊이(DOL)를 10~50mm의 사이의 몇 점, 여기에서는 10mm, 20mm, 40mm, 50mm의 4점으로 바꾸었을 경우에 얻어지는 무화 효율의 특성의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 15의 그래프에 있어서, 세로축은 무화 효율을 나타내는 분산액(DIL)의 잔액량의 백분율(%)을 나타내며, 가로축은 깊이(DOL)(mm)를 나타낸다. 내부 용기(33B)에 저장되는 분산액(DIL)의 깊이(DOL)를 바꾸는 경우, 저장되는 분산액(DIL)의 용량을 바꾸게 되기 때문에, 도 15의 세로축의 잔액량(%)은, 일정시간의 무화 동작 후에 남는 분산액(DIL)의 용량의 초기 용량에 대한 비율(%)로서 표현한다.
도 14의 구성의 미스트 발생장치의 경우, 도 15에 나타나 있듯이, 분산액(DIL)의 깊이(DOL)가 50mm인 경우, 잔액량은 100%이며, 미스트(MT)는 거의 발생하지 않는다. 분산액(DIL)의 깊이(DOL)가 40mm인 경우의 잔액량은 약 99%이며, 미스트(MT)는 약간 발생하지만, 효율적인 발생이라고는 할 수 없다. 도 14의 구성의 미스트 발생장치의 경우, 분산액(DIL)의 깊이(DOL)가 각각 20mm, 10mm일 때, 잔액량은 약 95%이며, 무화 효율이 가장 높아지는 것이 알게 되었다. 따라서, 장시간에 걸쳐 미스트(MT)를 발생시켜 계속할 필요가 있는 경우, 내부 용기(33B) 내의 분산액(DIL)의 깊이(DOL)가 10~20mm의 범위로 유지되도록, 앞의 도 11에서 설명한 액면레벨 센서(LLS)를 마련하고, 그 계측 정보(Sv)에 기초하여, 가끔 분산액(DIL)을 주입하는 기구를 마련하는 것이 좋다.
다음에, 도 14의 구성의 미스트 발생장치에 있어서, 분산액(DIL)의 초기의 용량을 동일하게 하고, 깊이(DOL)가 20mm가 되도록 설정한 상태에서, 프로브 모양의 진동부(32a)(초음파 호머지나이저)와 무화용의 진동부(34a)와의 간격(SPL)을, 5~50mm의 사이의 몇 점, 여기에서는 5mm, 20mm, 35mm, 50mm로 바꾸어, 일정한 시간만큼 무화시켰을 경우의 무화 효율의 변화를 실험으로 조사해 보았다. 도 16은, 프로브 모양의 진동부(32a)(직경 수 mm~십수 mm의 금속봉)와 무화용의 진동부(34a)(진동자 지름 20mm φ)와의 간격(SPL)에 따른 무화 효율의 변화 특성을 나타내는 그래프이며, 세로축의 잔액량(%)은, 앞의 도 15와 마찬가지로 분산액(DIL)의 초기 용량에 대한 잔액량의 비율(%)을 나타내며, 가로축은 간격(SPL)(mm)을 나타낸다. 도 16 중의 변화 특성 A1은, 분산용의 진동부(32a)(20KHz)를 진동시키지 않고, 무화용의 진동부(34a)(1.6MHz)만을 진동시킨 강제 분산이 없는 무화 상태일 때의 특성이며, 변화 특성 B1은, 분산용의 진동부(32a)(20KHz)와 무화용의 진동부(34a)(1.6MHz)를 함께 진동시킨 강제 분산이 병용된 무화 상태일 때의 특성이다.
강제 분산이 없는 무화 상태인 경우, 변화 특성 A1에 나타나 있듯이, 간격(SPL)이 20mm~50mm에서의 잔액량(%)은 약 97%(무화 효율 3%)로 거의 일정하게 되었다. 간격(SPL)이 20mm 이하가 되면, 진동부(34a)로부터의 진동파가 가장 강하게 조사되는 내부 용기(33B)의 저면 부분과, 그 상방의 분산액(DIL)의 액면(SQ)의 부분과의 사이에, 장애물이 될 수 있는 분산용의 진동부(32a)가 접근하여 오기 때문에, 액면(SQ)에 전반되는 1.6MHz의 진동파가 약해져, 액면(SQ)에 나타나는 액주의 감소에 의해서 미스트(MT)의 발생 효율이 저하하는 것이라고 생각된다. 이것에 대해서, 강제 분산이 병용된 무화 상태인 경우, 변화 특성 B1에 나타나 있듯이, 간격(SPL)이 20mm~35mm의 사이에서, 잔액량(%)은 약 95%(무화 효율 5%)가 되며, 간격(SPL)이 50mm에서는, 변화 특성 A1와 거의 동일한 97%의 잔액량이 되었다. 또한, 강제 분산이 병용된 무화 상태인 경우(변화 특성 B1)에서도, 간격(SPL)이 20mm 이하가 되면, 미스트(MT)의 발생 효율(무화 효율)이 저감한다. 그 원인은, 앞서 설명한 것처럼, 무화용의 진동파(1.6MHz)의 전반에 대해서 장애물이 되는 분산용의 진동부(32a)가 접근하여, 액면(SQ)에 나타나는 액주가 안정되게 발생하지 않게 되기 때문이다.
이상과 같이, 무화용의 진동부(34a)에 의한 1.6MHz의 진동파와 분산용의 진동부(32a)에 의한 20KHz의 진동파를 함께 분산액(DIL)에 인가하고, 간격(SPL)을 적당하게 설정함으로써, 도 16의 변화 특성 B1에 나타나 있듯이 무화 효율을 향상(가속)시킬 수 있다. 따라서, 무화용의 강한 진동파(1.6MHz 또는 2.4MHz)가 분산액(DIL)의 액면(SQ)을 향하는 조사 범위와 물리적으로 간섭하지 않는 정도의 거리(간격(SPL))로, 분산용의 진동부(32a)를 무화용의 진동부(34a)에 근접하여 배치함으로써, 무화 효율을 크게 할 수 있다. 이러한 배치 조건은, 앞의 도 3, 도 8, 도 9의 각각에 나타낸 미스트 발생장치(미스트 발생부)의 분산용의 진동부(32a)와 무화용의 진동부(34a)의 배치 관계에서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 이상의 실험에 의해, 앞의 도 15에서 나타낸 분산액(DIL)의 깊이(DOL)가 10~20mm의 범위(최적 깊이 범위)에서 미스트(MT)의 무화 효율이 최대가 되기 때문에, 분산용의 진동부(32a)와 무화용의 진동부(34a)와의 간격(SPL)은, 엄밀하게는, 최적 깊이 범위의 하한치(10mm)보다는 크고, 최적 깊이 범위의 상한치(20mm)의 2배보다도 작은 거리 범위로 하면, 최대의 무화 효율을 얻을 수 있게 된다. 단, 대략적으로 좋은 경우는, 간격(SPL)을 분산액(DIL)의 깊이(DOL)와 동일한 정도로 설정하면, 양호한 무화 효율을 얻을 수 있다.
［제4 실시형태의 변형예］
도 17은, 앞의 도 14로 나타낸 제4 실시형태의 미스트 발생장치의 변형예를 나타내는 도면이며, 도 14 중의 부재와 동일한 구성, 또는 동일한 기능의 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 17의 변형예에서는, 도 14의 구성에 대해서 2개소의 구성을 변경한다. 제1 변경은, XY면 내에서 보았을 때, 프로브 모양의 진동부(32a)를 내부 용기(33B)의 중심 부근에 배치하며, 외부 용기(30a) 내의 액체(LW) 중에 배치되는 무화용의 진동부(34a)를, XY면 내에서 보았을 때, 진동부(32a)로부터 +X방향과 -X방향으로 간격(SPL)만큼 떨어진 2개소에 마련한 것이며, 제2 변경은, 내부 용기(33B)(폴리프로필렌제)의 프로브 모양의 진동부(32a)를 통과시키는 개구부(33Bo) 아래에, 진동부(32a)를 둘러싸며 분산액(DIL)의 액면(SQ)의 근처까지 -Z방향으로 연장된 통 모양의 파이프(33Bp)를 마련한 것이다. 이들 변경 점 가운데, 특히 제1 변경에 의하면, 액체(LW)를 통해서 내부 용기(33B)의 저면에 조사되는 무화용의 1.6MHz(또는 2.4MHz)의 진동파가, 저면의 넓은 범위에 걸쳐서 조사되기 때문에, 무화량(미스트(MT)의 농도)을 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 변경에 의하면, 파이프(33Bp)의 하측(-Z방향측)의 선단 개구부가, 액면(SQ)의 근처로 설정되므로, 개구부(33Bo)로부터 유입된 기체가, 액면(SQ)을 따라서 흐른 후에 배기구(EP)로 향하도록 흐르기 때문에, 액면(SQ)으로부터 발생한 미스트(MT)는 효율적으로 포집되어 배기구(EP)로 보내진다. 또한, 무화용의 진동부(34a)는, XY면 내에서 보았을 때, 프로브 모양의 진동부(32a)의 주위에 간격(SPL)만큼 떨어져 고리 띠 모양으로 복수 배치해도 좋다.
[제5 실시형태］
앞의 제4 실시형태(도 14)에 의한 미스트 발생장치를 이용하여, 샘플 기판상에 미스트법에 의해 나노 입자(NP)에 의한 성막을 실시하고, 기판상에 형성되는 막 의 상태를, 강제 분산이 없는 무화인 경우와 강제 분산이 병용된 무화인 경우로 비교하는 실험을 실시했다. 그 실험에서는, 도 18에 나타나 있듯이, 도 14의 미스트 발생장치의 배기구(EP)로부터 유출되는 미스트(MT)를 포함하는 기체(공기)를, 미스트 반송로(배관)(36a)를 통해서 도입하는 밀폐형의 용기(챔버)(30a)로 구성되는 제5 실시형태에 의한 성막 유닛(성막부)을 이용했다. 챔버(30a)의 하방에는, 샘플 기판(PF)이, 중력 방향과 수직인 수평면(XY면)에 대해서 일정한 각도(θα)만큼 기울도록 배치되며, 챔버(30a)의 상방의 천정으로부터 도입되는 미스트 반송로(배관)(36a)의 끝에는, -Z방향으로 향한 분무구(OP1)를 가지는 분무 노즐(NZ1)이 마련되어 있다. 샘플 기판(PF)을 각도(θα)로 기울이는 이유는, 앞의 도 2로 설명한 것처럼 성막실(22) 내에서 기판(FS)을 경사시키는 이유와 같다.
또한, 챔버(30a)의 측벽(천정측이라도 좋음)에 있어서, 경사진 샘플 기판(FP)의 Z방향의 위치가 높은 측에는, 분무 노즐(NZ1)보다도 높은 위치에 배기구(EX1)가 형성되며, 도시하지 않은 아스피레이터에 의해 배기구(EX1)로부터 일정 유량으로 챔버(30a) 내의 기체를 흡인한다. 이것에 의해, 도 14의 미스트 발생장치의 내부 용기(33B) 내에서 발생한 미스트(MT)를 포함하는 기체는, 미스트 반송로(배관)(36a)를 지나서 부압측이 되는 챔버(30a) 내의 분무구(OP1)로부터 방출된다. 분무구(OP1)로부터 방출되는 미스트(MT)를 포함하는 기체는, 배기구(EX1)의 배치와 샘플 기판(PF)의 경사에 의해, 샘플 기판(P)의 표면에 따른 방향으로 흐르기 쉽게 함과 아울러, 샘플 기판(PF) 상에 액이 고이는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 샘플 기판(PF)의 표면에는 효율적으로 미스트(MT)가 부착된다. 또한, 도 14의 미스트 발생장치의 내부 용기(33B) 내를 양압으로 하여, 미스트 반송로(배관)(36a)를 지나서 분무구(OP1)로부터 미스트(MT)를 포함하는 기체를 가압 상태로 분출하게 하는 경우(압출의 경우)는, 분무구(OP1)로부터의 기체(미스트(MT))가 사방으로 분산하기 쉬워져, 미스트(MT)의 부착 효율이 저하하는 경우가 있다.
또한, 도 18의 성막 유닛에서는, 샘플 기판(PF)을 내열성이 있는 유리 기판으로 하고, 샘플 기판(PF)은 온도 200℃로 가열되는 핫 플레이트(가열기)(HPT) 상에 기울여 유지된다. 이것은, 분무구(OP1)로부터의 미스트(MT)가 샘플 기판(PF)에 부착 또는 근접했을 때에, 미스트의 주성분인 물을 순간적으로 증발시켜, 일정시간 동안에, 샘플 기판(PF)상에 퇴적될 수 있는 나노 입자(NP)에 의한 최대의 막 두께를 파악하기 위함이다.
여기서, 도 14의 미스트 발생장치의 내부 용기(33B) 내에는, 나노 입자(NP)로서 이산화 산화 지르코늄(ZrO2)의 입자(5wt.%)를 포함하는 분산액(DIL)의 200cc가 저장된다. ZrO2의 하나의 입자의 평균적인 입경은 3~5nm이지만, 순수에 의한 분산액(DIL) 중에서는, 응집에 의해 여러가지 입경의 덩어리가 되어 분포하고 있다. 여기서, 분산액(DIL) 중에서의 ZrO2의 입경의 분포를 동적 광 산란법에 의해 측정하여, 강제 분산이 없는 무화인 경우(1.6MHz의 인가만)와, 강제 분산이 병용된 무화인 경우(1.6MHz+20KHz의 인가)로 비교해 보았다. 도 19는, 세로축에 동적 광 산란법으로 얻어지는 산란 강도 분포를 나타내며, 가로축은 추정되는 입경(nm)을 나타낸 그래프이며, 특성 SC는, 스태틱(static) 상태(1.6MHz, 20KHz의 어느 쪽의 진동도 부여하지 않는 무진동 상태)에서의 입도 분포를 나타내며, 특성 SA는, 강제 분산이 없는 무화인 경우(1.6MHz의 인가만)에서의 입도 분포를 나타내며, 특성 SB는, 강제 분산이 병용된 무화인 경우(1.6MHz+20KHz의 인가)에서의 입도 분포를 나타낸다. 이 측정 결과로부터 분명한 바와 같이, 강제 분산이 없는 무화인 경우(1.6MHz의 인가만)의 특성 SA는 브로드한 입도 분포로 되어 있으며, 강제 분산이 병용된 무화인 경우(1.6MHz+20KHz의 인가)의 특성 SB는, 특성 SA에 비해 샤프한 피크를 가지는 입도 분포로 되어 있다.
도 19의 그래프의 특성 SB에서는, 20~50nm 근처의 입경으로 응집된 ZrO2의 입자덩어리가 분산액(DIL) 중에 많이 포함되는 것을 의미하며, 특성 SA에서는, 20~100nm의 범위의 입경으로 응집된 ZrO2의 입자덩어리가, 동일한 정도의 비율로 분산액(DIL) 중에 포함되는 것을 의미한다. 즉, 강제 분산이 병용된 무화인 경우는, 진동부(34a)에 의한 1.6MHz의 진동과 진동부(32a)에 의한 20KHz의 진동과의 중첩 효과에 의해서, 응집이 일어났다고 해도, 비교적으로 고른 입경의 입자덩어리로 되어 분산되게 된다. 또한, 도 19의 그래프에서는 생략했지만, 무화용의 진동부(34a)를 진동시키지 않고, 분산용의 진동부(32a)만을 진동시켰을 경우의 입도 분포의 특성은, 특성 SB에 비해서 입경(nm)의 밴드 폭이 약간의 좁아지는 정도이며, 대체로 동일하였다.
다음에, 도 14의 미스트 발생장치에서 발생하는 미스트(MT)를 포함하는 기체를, 도 18의 성막 유닛 내의 샘플 기판(PF)에 일정시간만큼 분무했을 때에, 샘플 기판(PF)상에 퇴적되는 ZrO2의 나노 입자에 의한 막의 두께를, 강제 분산이 없는 무화인 경우와 강제 분산이 병용된 무화인 경우로 비교해 보았다. 그 때, 도 18의 핫 플레이트(HPT)(샘플 기판(PF))의 온도는 200℃으로 설정하며, 배기구(EX1)로부터 흡기 되는 유량은 일정하게 설정했다. 도 18의 구성에 의한 성막 유닛에서는, 강제 분산이 없는 무화 상태로 일정시간만큼 미스트(MT)를 샘플 기판(PF)에 분무하여 얻어지는 ZrO2 입자에 의한 막 두께는 약 2μm이고, 동일한 시간만큼 강제 분산이 병용된 무화 상태로 미스트(MT)를 샘플 기판(PF)에 분무하여 얻어지는 ZrO2 입자에 의한 막 두께는 약 3μm로, 성막 효율이 1.5배로 높일 수 있는 것을 알았다.
또한, 도 14의 미스트 발생장치에서 생성된 미스트(MT)를, 도 18의 성막 유닛에 도입하여, 샘플 기판(PF)(유리) 상에 막 두께 60nm의 ZrO2 입자에 의한 막(샘플 1)과, 막 두께 2μm의 ZrO2 입자에 의한 막(샘플 2)을 작성하고, 샘플 1, 2의 각각의 막의 헤이즈(HAZE)율을 측정해 보았다. 헤이즈율은, 막체(膜體)를 투과하는 전 투과광량 중의 확산 투과광 량의 비율(%)로 표현되며, 이 비율이 작아질수록, 막을 구성하는 ZrO2의 나노 입자에 의한 입자 지름(또는 입자덩어리의 지름)도 작아져, 치밀한 막으로 간주된다. 샘플 1, 2의 각각의 막의 헤이즈(HAZE)율의 측정 결과를 도 20에 나타낸다.
도 20a는 샘플 1(막 두께 60nm)의 헤이즈율의 특성 A1, B1를 나타내고, 도 20b는 샘플 2(막 두께 2μm)의 헤이즈율의 특성 A2, B2를 나타내며, 각각, 세로축은 헤이즈(HAZE)율(%)을 나타내고, 가로축은 파장(nm)을 나타낸다. 계측한 파장 범위는 380nm~780nm로 했다. 샘플 1의 경우, 강제 분산이 없는 무화 상태에서 형성된 ZrO2 입자의 막(60nm 두께)의 평균적인 헤이즈율은, 특성 A1로부터 약 0.38%이며, 강제 분산이 병용된 무화 상태에서 형성된 ZrO2 입자의 막(60nm 두께)의 평균적인 헤이즈율은, 특성 B1로부터 약 0.2%로 저감되어 있다. 또한, 샘플 2의 경우도, 강제 분산이 없는 무화 상태에서 형성된 ZrO2 입자의 막(2μm 두께)의 평균적인 헤이즈율은, 특성 A2로부터 약 14%이며, 강제 분산이 병용된 무화 상태에서 형성된 ZrO2 입자의 막(2μm 두께)의 평균적인 헤이즈율은, 특성 B2로부터 약 10%로 저감되어 있다. 이와 같이, 분산용의 진동부(32a)를 병용한 무화에 의해서, 성막된 막의 거칠기가 저감되어, 치밀함을 향상시키는 현저한 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이상으로 설명한 실험에서는, 분산액(DIL) 중의 나노 입자의 응집을 억제하기 위해 초음파 진동파의 주파수를 20KHz로 했지만, 그 주파수는 고정적인 것이 아니고, 나노 입자 단체의 사이즈, 나노 입자의 재질에 의해서 조정된다. 또한, 분산액(DIL)으로부터 미스트(MT)를 발생시키는 실험에서도, 무화용의 초음파 진동파의 주파수를 1.6MHz로 했지만, 이것도 고정적인 것이 아니고, 1MHz~3MHz 정도의 범위에서 무화 효율이 높아지는 주파수로 설정된다.
［그 외의 변형예］
이상의 제1~제5 각 실시형태에서는, 미스트 발생장치(미스트 발생부)에 있어서, 무화용의 진동부(34a)와 분산용의 진동부(32a) 양쪽으로부터의 진동파를, 계면활성제가 되는 화학 조성 성분의 함유량이 실질적으로 영(0)으로 간주할 수 있는 용액에 의한 분산액(DIL)(DIL1)에 인가함으로써, 비록 응집했다고 해도, 미스트(MT)에 포함되도록 나노 입자(NP)의 덩어리의 입경을 작고 고르게 될 수 있다. 그 때문에, 기판(FS)에 형성되는 막질을 양호하게 할 수 있다. 이러한 효과는, 분산용의 진동부(32a)로부터의 진동파를 분산액(계면활성제가 되는 화학 조성 성분을 실질적으로 포함하지 않는 용액)에 인가한 상태에서, 무화용의 진동부(34a)를 이용하지 않고 발열체(히터)에 의해서 분산액(DIL)(DIL1)을 가열시켜 미스트(MT)를 발생시키는 경우에도 마찬가지로 얻어진다. 이 경우, 분산액(DIL)으로부터 발생하는 미스트(MT)나, 미스트 반송 유로(36a)를 통과하는 미스트(MT)를 포함하는 기체의 온도는 100℃ 전후가 되는 경우가 있으므로, 도 2에 나타낸 성막실(22) 내의 온도, 혹은 도 18에 나타낸 챔버(30a) 내의 온도도, 그것에 가까운 온도로 설정된다. 이와 같이, 미립자를 분산시킨 분산액(DIL)(용액)으로부터, 미립자를 포함하는 미스트(직경이 수십 μm 이하의 액적)를 발생시키는 방법은, 분산액(DIL)에 진동파(주파수가 1MHz 이상)를 인가하는 가진(加振) 방식, 분산액(DIL)의 액면으로부터 증기(수증기)를 발생시키는 가열 방식 중 어느 쪽이든 좋다.
Claims (28)
- 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서,
상기 미립자를 포함하는 미스트 생성용 용액을 보유하는 제1 용기와,
제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 용액 중에서의 응집을 억제하는 제1 진동부와,
상기 제1 주파수보다도 높고, 상기 용액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여하는 제2 진동부를 구비하는 미스트 발생장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 용액은, 응집을 억제하기 위한 계면활성제를 포함하지 않는 액체인 미스트 발생장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 용기 내에 발생한 미스트가 액화한 제2 용액을 보유하는 제2 용기와,
상기 제2 용기 내의 상기 제2 용액에 상기 제1 주파수를 부여하는 제3 진동부를 더 구비하며,
상기 제1 용기 내에 발생한 미스트는, 캐리어 가스에 의해서 상기 제2 용기로 반송되는 미스트 발생장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 용기 내에 발생한 미스트가 액화한 제2 용액을 보유하는 제3 용기와,
상기 제3 용기 내의 상기 제2 용액에 상기 제2 주파수를 부여하는 제4 진동부를 더 구비하며,
상기 제1 용기 내에 발생한 미스트를, 제1 캐리어 가스에 의해서 상기 제3 용기로 반송하는 미스트 발생장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 제3 용기의 내부 공간을, 상기 제1 용기로부터 반송되어 온 미스트가 존재하는 제1 공간과, 상기 제4 진동부에 의한 진동에 의해서 상기 제2 용액의 표면으로부터 발생하는 미스트가 존재하는 제2 공간으로 구획하는 세퍼레이터(separator)를 가지며,
상기 제2 공간 내에 발생한 미스트를, 제2 캐리어 가스에 의해서 미스트 처리부로 반송하는 미스트 발생장치. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용액은, 응집한 상기 미립자를 분쇄하기 위한 분쇄용 입자를 포함하며,
상기 분쇄용 입자의 입경은, 발생하는 미스트의 지름보다도 큰 것을 포함하도록 설정되는, 미스트 발생장치. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 주파수는, 1MHz보다 낮은 주파수이며,
상기 제2 주파수는, 1MHz 이상의 주파수인 미스트 발생장치. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미립자는, 금속 나노 입자, 유기 나노 입자, 및 무기 나노 입자 중 적어도 한 개를 포함하는 미스트 발생장치. - 미립자를 포함하는 미스트를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 성막장치로서,
상기 미립자를 포함하는 분산액을 보유하는 용기와,
제1 주파수의 진동을 상기 용기 내의 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자가 상기 분산액 중에서 응집하는 사이즈를 상기 미스트의 사이즈 이하로 억제한 분산상태로 하는 제1 진동부와,
상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 제2 진동부를 구비하는 성막장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 분산액은, 응집을 억제하기 위한 계면활성제의 함유량이 실질적으로 영인 액체인 성막장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 분산액은 순수(純水)이며, 상기 미립자는 금속 나노 입자, 유기 나노 입자, 및 무기 나노 입자 중 적어도 한 개를 포함하는 성막장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 분산액의 표면으로부터 발생하는 상기 미스트를 상기 기판의 표면까지 옮기기 위한 불활성의 캐리어 가스의 흐름을 생성하는 기체 공급부를 더 구비하는 성막장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 불활성의 캐리어 가스는, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 중 적어도 한 개를 포함하는 성막장치. - 미립자를 포함하는 분산액으로부터 미스트를 발생하는 미스트 발생 방법으로서,
제1 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과,
상기 제1 주파수보다도 높고, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위한 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하는 것을 포함하는 미스트 발생 방법. - 미립자를 포함하는 분산액으로부터 발생하는 미스트를 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 성막 방법으로서,
제1 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과,
상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여함으로써, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것을 포함하는 성막 방법. - 기판에 소정의 처리를 행함으로써 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서,
제1 주파수의 진동을 미립자를 포함하는 분산액에 부여하여 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과,
상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하여, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것과,
상기 기판을 상기 미스트에 노출하여, 상기 기판의 표면에 상기 미립자에 의한 박막을 형성하는 것과,
상기 기판의 표면에 형성된 상기 박막을 패터닝하여, 상기 전자 디바이스를 위한 소정의 패턴을 형성하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법. - 기판에 소정의 처리를 행함으로써 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서,
제1 주파수의 진동을 미립자를 포함하는 분산액에 부여하여 상기 미립자의 상기 분산액 중에서의 응집을 억제하는 것과,
상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 분산액에 부여하여, 상기 분산액의 표면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 것과,
상기 기판을 상기 미스트에 노출하여, 상기 기판의 표면 중 상기 전자 디바이스를 구성하는 회로의 적어도 일부의 패턴에 대응한 부분에, 상기 미립자에 의한 박막을 선택적으로 형성하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법. - 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
상기 분산액은 상기 미립자의 응집을 억제하는 계면활성제의 함유량이 대략 영(0)인 액체이며,
상기 제1 주파수는 1MHz 이하, 바람직하게는 200KHz 이하로 설정되며,
상기 제2 주파수는 상기 분산액의 액면에 표면장력파(capillary wave)를 발생시키는 1MHz 이상으로 설정되는 디바이스 제조 방법. - 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서,
상기 미립자를 포함하는 분산액을 보유하는 제1 용기와,
제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 분산액에 부여하는 제1 진동부와,
상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 분산액에 부여하는 제2 진동부를 구비하며,
상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부 중 적어도 한쪽의 진동에 의해서, 상기 분산액의 액면으로부터 상기 미스트를 발생시키는 미스트 발생장치. - 청구항 19에 있어서,
상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부를 구동하는 구동 제어 회로부를 포함하며,
상기 제1 주파수를 SF1, 상기 제2 주파수를 SF2로 했을 때,
상기 구동 제어 회로부는, 상기 주파수 SF1과 상기 주파수 SF2의 비가 10배 이상이 되도록 각 주파수를 설정하는 제1 모드와, 상기 주파수 SF1과 상기 주파수 SF2의 차이가 상기 주파수 SF1 또는 상기 주파수 SF2의 1/10 이하가 되도록 각 주파수를 설정하는 제2 모드 중 어느 한쪽으로, 상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부를 구동하는 미스트 발생장치. - 청구항 20에 있어서,
상기 제1 모드 시에, 상기 주파수 SF1은, 상기 미립자가 상기 분산액 중에서 응집하는 사이즈를 상기 미스트의 사이즈 이하로 억제한 분산상태로 하는 100KHz 이하의 주파수로 설정되며, 상기 주파수 SF2는, 상기 분산액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 상기 미스트를 발생하는 1MHz 이상의 주파수로 설정되는 미스트 발생장치. - 청구항 20에 있어서,
상기 제2 모드 시에, 상기 주파수 SF1과 상기 주파수 SF2는, 상기 분산액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 상기 미스트를 발생하는 1MHz 이상의 다른 주파수로 설정됨과 아울러, 상기 주파수 SF1과 상기 주파수 SF2가, 상기 미립자를 상기 분산액 중에서 분산 상태로 하는 100KHz 이하의 주파수 차이를 가지도록 설정되는 미스트 발생장치. - 미립자를 포함하는 미스트를 발생하는 미스트 발생장치로서,
상기 미립자를 포함하는 용액을 보유하는 제1 용기와,
제1 주파수의 진동을 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여함으로써, 상기 미립자의 상기 용액 중에서의 응집을 억제하는 제1 진동부와,
상기 용액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키기 위해서, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 진동을 상기 제1 용기의 외부로부터 부여하는 제2 진동부를 구비하며,
상기 용액의 액면과 평행한 면 내에 있어서, 상기 제1 진동부와 상기 제2 진동부를 소정 간격 떨어지게 배치하는 미스트 발생장치. - 청구항 23에 있어서,
상기 제1 용기의 적어도 저부를 잠기게 하도록 액체를 저장함과 아울러, 상기 제2 진동부를 상기 액체 중에 설치하는 제2 용기를 구비하며,
상기 제2 진동부에 의한 상기 제2 주파수의 진동을, 상기 제2 용기 내의 상기 액체와 상기 제1 용기를 통하여 상기 용액에 전반(傳搬)시키는 미스트 발생장치. - 청구항 24에 있어서,
상기 제2 진동부에 의한 진동에 의해서 상기 용액의 액면으로부터 상기 미스트가 효율적으로 발생하는 상기 제1 용기 내의 상기 용액의 깊이와 동일한 정도로 상기 소정 간격을 설정하는 미스트 발생장치. - 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 미스트 발생 방법으로서,
계면활성제가 되는 화학 성분을 포함하지 않는 액체에 상기 미립자를 소정의 농도로 혼합한 용액을 제1 용기에 저장하고, 상기 용액에 제1 진동파를 부여하는 것 또는 상기 용액을 가열하는 것에 의해서, 상기 용액의 액면으로부터 상기 미립자를 포함하는 미스트를 발생시키는 단계와,
상기 미립자가 상기 용액 중에서 상기 미스트의 사이즈 이상으로 응집하는 것을 억제하는 제2 진동파를 상기 용액에 부여하는 단계를 포함하는 미스트 발생 방법. - 청구항 26에 있어서,
상기 미스트를 발생시키는 단계와, 상기 제2 진동파를 상기 용액에 부여하는 단계를 병행하여 실시하는 미스트 발생 방법. - 청구항 27에 있어서,
상기 제1 진동파에 의해 상기 미스트를 발생할 때는, 제2 용기 내에 저장된 액체에 상기 제1 용기의 적어도 저부를 잠기게 하도록 설치한 상태에서, 상기 제2 용기 내의 상기 액체와 상기 제1 용기를 통해서 상기 제1 진동파를 상기 제1 용기 내의 상기 용액에 부여하는 미스트 발생 방법.
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