KR20230007410A - 성막 장치 및 성막 제품의 제조 방법 - Google Patents

성막 장치 및 성막 제품의 제조 방법 Download PDF

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유키오 이마이즈미
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호지츠 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

성막 장치는 성막 챔버(10)의 처리실(12A) 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시키는 복수개의 토출 노즐(32A∼32C)과, 상호간 거리 조정 수단을 구비한다. 상호간 거리 조정 수단은 각 토출 노즐(32A∼32C)의 토출구와, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정한다.

Description

성막 장치 및 성막 제품의 제조 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 2020년 11월 24일에 출원된 일본 출원번호 2020-194075호에 근거한 것이며, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
기술분야
본 개시는 에어로졸 디포지션법이 적용된 성막 장치에 관한 것이다.
성막 장치에 있어서는, 예를 들면, 특허문헌 1에 도시되는 바와 같이, 에어로졸 디포지션법(이하, AD법이라고도 함)을 이용한 성막 장치가 제안되어 있다. 그러한 성막 장치는 예를 들면, 특허문헌 1의 도 5에 도시되는 바와 같이, 후술하는 에어로졸 제작 용기의 내압보다 낮은 내압을 갖는 챔버와, 챔버 내에 전후 방향 및 좌우 방향으로 이동 가능하게 배치되고, 표면 처리되는 피가공물(워크)로서의 기판이 설치되는 스테이지와, 챔버 내에 2개의 연장선이 서로 교차하도록 배치되고, 상기 피가공물의 표면을 향하여 에어로졸을 분사하는 2개의 노즐과, 2개의 노즐에 각각 에어로졸을 공급하는 2개의 에어로졸 제작 용기와, 반송 가스를 2개의 에어로졸 제작 용기에 각각 공급하는 2개의 가스 봄베를 포함한다.
이러한 구성에 있어서, 예를 들면, 2개의 노즐로부터 에어로졸이 기판의 표면을 향하여 동시에 분사된 경우, 소정의 막 두께의 막이 기판의 표면 상에 형성되게 된다.
일본 특허공보 제6347189호
최근, 표면 처리되는 복수의 피가공물이 AD법으로 양산되는 것이 요구되고 있다. 그렇지만, 이러한 경우에, 상술한 바와 같은 성막 장치가 사용될 때, 1매의 기판이 스테이지 상에 배치되는 구성에 있어서는, 1매의 기판마다 스테이지에 대한 탈착 작업이 필요시된다. 이 때문에, 표면 처리되는 피가공물의 양산성이 부족하여, 피가공물의 제조 비용 및 성막 장치의 제조 비용이 증가하게 된다.
이상의 문제점을 고려하여, 본 개시는 에어로졸 디포지션법이 적용된 성막 장치로서, 표면 처리되는 피가공물의 양산성을 높임으로써, 피가공물의 제조 비용 및 성막 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있는 성막 장치와, 성막 제품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 개시와 관련된 성막 장치는 성막 챔버의 처리실 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시키는 복수개의 토출 노즐과, 각 토출 노즐의 토출구와, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정하는 상호간 거리 조정 수단을 구비한다.
상호간 거리 조정 수단은, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면에 대한 토출 노즐의 토출구 방향을 변경 가능하게 토출 노즐을 지지하는 토출 노즐 지지체와, 토출 노즐의 토출구를 향하여 승강 가능하게 표면 처리 대상물을 지지하는 Z축 스테이지를 구비하고 있어도 된다. 또한, 상호간 거리 조정 수단은, 복수개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능한 노즐 헤드 기구를 구비하고 있어도 된다. 노즐 헤드 기구는 복수개의 토출 노즐의 배열 방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 소정의 간격을 갖고 복수 열 배치되는 리니어 모터 단축 로봇에 각각 복수개 배치되어 있어도 된다.
또한, 적어도 하나의 Z축 스테이지를 복수개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능하게 지지하는 적어도 하나의 XY축 스테이지를 추가로 구비하고 있어도 된다.
본 개시와 관련된 성막 제품의 제조 방법은, 복수개의 토출 노즐이 성막 챔버의 처리실 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시키며, 표면 처리 대상물에 대하여 표면 처리를 실시하여, 상호간 거리 조정 수단이 각 토출 노즐의 토출구와, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정하는 것을 포함한다.
상호간 거리 조정 수단은, 토출 노즐의 토출구의 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면에 대한 방향을 변경 가능하게 토출 노즐을 지지하는 토출 노즐 지지체와, 토출 노즐의 토출구를 향하여 승강 가능하게 표면 처리 대상물을 지지하는 Z축 스테이지를 구비하고 있어도 된다. 또한, 상호간 거리 조정 수단은 복수개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능한 노즐 헤드 기구를 구비하고 있어도 된다.
본 개시와 관련된 성막 장치 및 성막 제품의 제조 방법에 있어서, 복수개의 토출 노즐과, 상호간 거리 조정 수단이 구비된다. 각 토출 노즐은 성막 챔버의 처리실 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시킨다. 상호간 거리 조정 수단은 각 토출 노즐의 토출구와, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정한다. 이로써, 표면 처리되는 피가공물의 양산성을 높일 수 있어, 피가공물의 제조 비용 및 성막 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 개시와 관련된 성막 장치의 일례의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시되는 고정 테이블 상에 배치된 Z스테이지 및 복수의 워크를 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 개시와 관련된 성막 장치의 다른 일례의 요부를 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시되는 예에서 사용되는 노즐 헤드 기구의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 성막 장치에 의해 표면 처리되는 워크의 다른 일례를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 개시와 관련된 성막 장치의 또다른 일례의 요부를 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 1은 본 개시와 관련된 성막 장치의 일례의 구성을 개략적으로 도시한다.
성막 장치는, 주요 요소로서, 복수의 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C)와, 가스 공급로(20)와, 가스 봄베(18)와, 성막 챔버(10)를 구비하고 있다. 에어로졸 디포지션법을 이용하여 성막하기 위하여, 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C)에서는, 가스(예를 들면, 공기)와 소정의 재질을 갖는 미립자(예를 들면, 세라믹 원료 분말 등)가 혼합되어, 미립자가 에어로졸화된다. 가스 봄베(18)는 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C)에 가스 공급로(20)의 분기 통로(20a, 20b, 20c)를 통해 소정의 압력을 갖는 가스(예를 들면, 공기) 또는 불활성 가스를 공급한다. 성막 챔버(10)에서는, 성막 제품이 되는 후술하는 표면 처리 대상물(이하, 워크라고도 함)의 표면에 상술한 에어로졸화된 미립자에 의해 성막이 진행된다.
각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C)의 입구에는 분기 통로(20a, 20b, 20c)의 일단이 접속되고, 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C)의 출구에는 에어로졸화된 미립자를 공급하는 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C)의 일단이 접속되어 있다. 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C)의 타단에는 각각, 성막 챔버(10) 내에 배치되는 토출 노즐(32A, 32B, 32C)이 접속되어 있다. 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C)에는, 에어로졸화된 미립자의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(24A, 24B, 24C)가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(24A, 24B, 24C)는 각각, 도시가 생략된 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cv)에 근거하여 제어된다.
성막 챔버(10)의 케이스(12) 내의 처리실(12A) 내에는, 주요 요소로서, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)과, 소정의 기초대(40) 상에 배치되어 있는 XY축 스테이지와, 제1의 Z축 스테이지(48A)(도 2 참조)와, 제2의 Z축 스테이지(48B)(도 2 참조)가 배치되어 있다. 케이스(12)의 천정 부분 3개소에는, 소정의 간격을 갖고 도 1에서 X좌표축을 따라 일렬로 각 지지 축(28)이 배치되어 있다. 각 지지 축(28)의 하단에는 하우징(34)이 고정되어 있다. 하우징(34) 내의 구면 베어링부(30A, 30B, 30C)를 통해 토출 노즐(32A, 32B, 32C)이 지지된다. 제1의 Z축 스테이지(48A)는 워크(58W1)의 일단을 지지하는 워크 설치 치구(56A)를 승강 가능하게 지지하는 동시에, 워크 설치 치구(56A) 및 워크(58W1)를 회동 가능하게 지지한다. 제2의 Z축 스테이지(48B)는 워크(58W1)의 타단을 지지하는 워크 설치 치구(56B)를 승강 가능하게 지지하는 동시에, 워크 설치 치구(56B) 및 워크(58W1)를 회동 가능하게 지지한다. 또한, 도 1에 있어서, X좌표축은 후술하는 로어 스테이지(42)의 이동 테이블의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되고, Y좌표축은 X좌표축에 대하여 직교하며, 후술하는 어퍼 스테이지(44A)의 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블(46A)의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되어 있다. Z좌표축은 X좌표축 및 Y좌표축에 대하여 직교하도록 설정되어 있다.
토출 노즐(32A, 32B, 32C)은 각각 케이스(12)의 내측 천정 부분으로부터 제1의 Z축 스테이지(48A) 및 제2의 Z축 스테이지(48B)를 향하여 소정 거리 떨어진 아래쪽의 소정의 위치에 고정되어 있다. X좌표축을 따라 일렬로 배열되는 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W1)의 표면 처리되는 표면까지의 거리(Da)는 워크(58W1)의 형상에 따라 소정의 거리로 설정된다. 워크(58W1)는 예를 들면, 중심 축선 상을 따라 소정의 길이를 갖는 원주형 금속제 물체이다. 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구는 각각 예를 들면, 도 2에 있어서 Y좌표축을 따라 가장 이격된 제일 끝에 있는 첫번째 워크(58W1)의 표면 처리되는 표면 바로 위의 위치와 마주보고 있다. 토출 노즐(32A, 32B, 32C)은 각각 하우징(34) 내의 구면 베어링부(30A, 30B, 30C)를 통해 지지되어 있다. 이 때문에, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구 방향은 도 1에 도시되는 바로 아래 방향에 한정되지 않으며, 예를 들면, 도 1에 있어서 2점쇄선으로 도시되는 바와 같이, Z좌표축 X좌표축을 포함한 평면 내에서, 중심 축선에 대하여 쌍방향으로 약 45° 범위(요동반각), 즉, 약 90° 범위 내에서 변경 가능해진다. 또한, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)에는 각각 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C)를 통해 소정의 압력이 에어로졸화된 미립자가 공급된다.
XY축 스테이지는 로어 스테이지(42)와, 어퍼 스테이지(44A, 44B)와, 고정 테이블(46A)과, 고정 테이블(46B)을 포함한다. 로어 스테이지(42)는 기초대(40)에 고정되는 고정 테이블 및 이동 테이블로 구성된다. 어퍼 스테이지(44A, 44B)는 로어 스테이지(42)의 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블을 구비한다. 고정 테이블(46A)은 어퍼 스테이지(44A)에 대하여 이동 가능하게 배치되는 이동 테이블에 연결된다. 고정 테이블(46B)은 어퍼 스테이지(44B)에 대하여 이동 가능하게 배치되는 이동 테이블에 연결된다.
또한, 로어 스테이지(42)는 볼 나사를 통해 이동 테이블을 구동하는 구동용 모터(60)를 구비하고 있다. 구동용 모터(60)는 예를 들면, 서보 모터 또는 스테핑 모터이다. X좌표축을 따라 서로 마주보고 배치되는 어퍼 스테이지(44A, 44B)는 각각, 볼 나사를 통해 이동 테이블을 구동하는 구동용 모터(62)를 구비하고 있다. 구동용 모터(62)는 예를 들면, 서보 모터 또는 스테핑 모터이다. 구동용 모터(60, 62)는 각각, 도시가 생략된 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd1, Cd2)에 근거하여 제어된다.
또한, 어퍼 스테이지(44A)의 고정 테이블(46A)의 중앙부에는, Z축 스테이지(48A)가 X좌표축을 따라 고정 테이블(46A) 상에서 이동 가능하게 마련되어 있다. 어퍼 스테이지(44B)의 고정 테이블(46B)의 중앙부에는, Z축 스테이지(48B)가 Z축 스테이지(48A)에 대하여 마주본 상태에서, X좌표축을 따라 고정 테이블(46B) 상에서 이동 가능하게 마련되어 있다. 이와 같이, Z축 스테이지(48A) 및 Z축 스테이지(48B)가 서로 근접 또는 이격 가능하게 마련되기 때문에, 축선 방향의 길이가 다른 워크(58W1)를 Z축 스테이지(48A) 및 Z축 스테이지(48B)의 사이에 배치할 수 있다. 워크가 예를 들면, 도 1에 도시되는 워크(58W1)의 축선 방향을 따른 길이보다 긴 경우, X좌표축을 따라 고정 테이블(46B)이 그 워크의 일단을 지지하도록, 도 1에 2점쇄선으로 도시되는 바와 같이, 도 1에 있어서 왼쪽 방향으로 이동된다.
Z축 스테이지(48A)는 도 2에 도시되는 바와 같이, Y좌표축을 따라 소정의 간격을 갖고 워크 승강 기구가 서로 평행하게 3개소에 마련되어 있다. 각 워크 승강 기구는 워크 승강 슬라이더(52A)와, 워크 승강 슬라이더(52A)를 승강시키는 볼/나사 축(50A)과, 볼/나사 축(50A)을 회동시키는 구동용 모터(64)를 포함한다.
각 워크 승강 슬라이더(52A)의 연결단에는, 도시가 생략된 베어링을 통해, 워크 설치 치구(56A)가 연결되어 있다. 워크 설치 치구(56A)는 복수의 나사 톱니바퀴로 구성되는 나사 톱니바퀴 기구부(또는 웜 기어)(54A)에 의해 회동된다. 워크 설치 치구(56A)는 워크(58W1)의 한쪽 단부가 감합되는 구멍부를 갖고 있다. 그 구멍부에 감합된 워크(58W1)의 한쪽 단부는, 워크 설치 치구(56A)에 마련된 육각 구멍이 부착된 멈춤 나사로 워크 설치 치구(56A)에 고정된다. 상술한 나사 톱니바퀴 기구부(또는 웜 기어)(54A)의 입력 축에는 구동용 모터(66)의 출력 축이 결합되어 있다.
Z축 스테이지(48B)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, Y좌표축을 따라 소정의 간격을 갖고 워크 승강 기구가 서로 평행하게 3개소에 마련되어 있다. 각 워크 승강 기구는 워크 승강 슬라이더(52B)와, 워크 승강 슬라이더(52B)를 승강시키는 볼/나사 축(50B)과, 볼/나사 축(50B)을 회동시키는 구동용 모터(64)를 포함한다.
각 워크 승강 슬라이더(52B)의 연결단에는, 워크 설치 치구(56B)가 연결되어 있다. 워크 설치 치구(56B)는 베어링 지지부(54B)를 통해 회동된다. 워크 설치 치구(56B)는 워크(58W1)의 다른 한쪽 단부가 감합되는 구멍부를 갖고 있다. 그 구멍부에 감합된 워크(58W1)의 다른 한쪽 단부는, 워크 설치 치구(56B)에 마련된 육각 구멍이 부착된 멈춤 나사로 워크 설치 치구(56B)에 고정된다. 구동용 모터(64, 66)는 각각, 도시가 생략된 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd3, Cd4)에 근거하여 제어된다.
따라서, 토출 노즐의 토출구와, 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정하는 상호간 거리 조정 수단이, 상술한 하우징(34) 내의 구면 베어링부(30A, 30B, 30C)와, 워크 설치 치구(56A, 56B)를 포함한 Z축 스테이지(48A, 48B)로 형성되게 된다.
성막 챔버(10)의 케이스(12)에는 도 1에 도시되는 바와 같이, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출 방향 변경 작업, 또는, 워크(58W1)의 워크 설치 치구(56A, 56B)에 대한 설치 작업 등을 위한 작업용 문(14)이 마련되어 있다. 작업용 문(14)은 케이스(12)의 개구부(12a)의 둘레 가장자리에 대하여 실링재(14a)로 밀봉되어 있다. 성막 챔버(10)의 처리실(12A) 내의 압력은, 성막 챔버(10)에 접속된 진공 펌프(16)에 의해 흡인되며, 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C) 내의 압력보다 낮은 소정의 진공도까지 감압(減壓)되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 우선, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구 방향이 각각 Z좌표축 방향으로 향해진 상태에서, 3개의 워크(58W1)가 각각 워크 설치 치구(56A, 56B)에 설치된다. 그 후, 3개의 워크(58W1)가 도 1에 2점쇄선으로 도시되도는 바와 같이, 워크 승강 기구에 의해, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W1)의 표면 처리되는 표면까지의 거리가 거리(Da)에 도달할 때까지 상승되고 정지된다. 다음으로, 유량 제어 밸브(24A, 24B, 24C)가 각각, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cv)에 근거하여 구동 제어되고, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)이 소정의 타이밍으로 에어로졸화된 미립자를 첫번째 워크(58W1)에 대하여 동시에 분사 개시하는 동시에, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd1)에 근거하여 구동용 모터(60)가 제어되며, 로어 스테이지(42)의 이동 테이블이 소정의 이동 속도로 X좌표축을 따라 소정의 범위 내에서 이동시켜진다. 그 때, 3개의 워크(58W1)는 소정의 회전수로 회동되어 있다. 계속해서, 첫번째 워크(58W1)의 표면 처리 완료 후, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 바로 아래 위치에 두번째 워크(58W1)가 도래하도록, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd2)에 근거하여 구동용 모터(62)가 제어되며, 어퍼 스테이지(44A)의 이동 테이블이 Y좌표축을 따라 이동시켜진다. 계속해서, 첫번째 워크(58W1)의 표면 처리와 마찬가지로, 로어 스테이지(42)의 이동 테이블이 소정의 이동 속도로 X좌표축을 따라 소정의 범위 내에서 이동시켜진다. 계속해서, 두번째 워크(58W1)의 표면 처리 완료 후, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 바로 아래 위치에 세번째 워크(58W1)가 도래하도록, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd2)에 근거하여 구동용 모터(62)가 제어되며, 어퍼 스테이지(44A)의 이동 테이블이 Y좌표축을 따라 이동시켜진다. 그리고, 로어 스테이지(42)의 이동 테이블이 소정의 이동 속도로 X좌표축을 따라 소정의 범위 내에서 이동시켜진 후, 세번째 워크(58W1)의 표면 처리 완료 후, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cv)에 근거하여 토출 노즐(32A, 32B, 32C)로부터의 에어로졸화된 미립자 분사가 정지된다. 이로써, 3개의 워크(58W1) 표면 처리가 종료하게 된다. 따라서, 특허문헌 1에 도시되는 바와 같은 성막 장치와 비교하여, 에어로졸 디포지션법을 이용하여 표면 처리되는 피가공물의 양산성을 높일 수 있어, 피가공물의 제조 비용 및 성막 장치의 제조 비용이 저감되게 된다.
상술한 예에 있어서는, Z축 스테이지(48A, 48B)의 워크 승강 기구에 의해, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W1)의 표면 처리되는 표면까지의 거리가 소정의 거리(Da)로 위치 조정되지만, 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 성막 장치는 도 3에 도시되는 바와 같이, Z축 스테이지(48A, 48B) 대신, 최하단에 배치되는 토출 노즐(32A, 32B, 32C, 32D, 32E)을 갖고, 워크(58W2)에 대한 토출 노즐(32A, 32B, 32C, 32D, 32E)의 토출구의 상대 위치를 조정 가능한 노즐 헤드 기구를 복수개 구비하는 것일 수 있다.
도 3은 본 개시와 관련된 성막 장치의 다른 일례의 요부를 개략적으로 도시한다.
또한, 도 3에 있어서, 도 1에 도시되는 예에서 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 붙여 도시하며, 그 중복 설명을 생략한다.
성막 장치는 도 1에 도시되는 예와 마찬가지로, 주요 요소로서, 복수의 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)와, 가스 공급로(20)와, 가스 봄베(18)와, 성막 챔버(10)를 구비하고 있다. 에어로졸 디포지션법을 이용하여 성막하기 위하여, 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)에서는, 가스(예를 들면, 공기)와, 소정의 재질을 갖는 미립자, 예를 들면, 세라믹 원료 분말 등이 혼합되어, 미립자가 에어로졸화된다. 가스 봄베(18)는 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)에 가스 공급로(20)의 분기 통로(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)를 통해 소정의 압력을 갖는 가스(예를 들면, 공기) 또는 불활성 가스를 공급한다. 성막 챔버(10)에서는, 표면 처리 대상물(이하, 워크라고도 함)의 표면에 상술한 에어로졸화된 미립자에 의해 성막이 진행된다.
각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)의 입구에는 분기 통로(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)의 일단이 접속되고, 각 에어로졸 발생기(22A, 22B, 22C, 22D, 22E)의 출구에는 에어로졸화된 미립자를 공급하는 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C, 26D, 26E)의 일단이 접속되어 있다. 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C, 26D, 26E)의 타단에는 각각, 후술하는 성막 챔버(10) 내에 배치되는 토출 노즐(32A, 32B, 32C, 32D, 32E)이 접속되어 있다. 에어로졸 공급로(26A, 26B, 26C, 26D, 26E)에는, 에어로졸화된 미립자의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(24A, 24B, 24C, 24D, 24E)가 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(24A, 24B, 24C, 24D, 24E)는 각각, 도시가 생략된 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cv)에 근거하여 제어된다.
성막 챔버(10)의 케이스(12) 내의 처리실(12A) 내에는, 주요 요소로서, 플랫 코어 부착 리니어 모터(리니어 모터 단축 로봇)(70)와, 복수의 노즐 헤드 기구와, 토출 노즐(32A, 32B, 32C, 32D, 32E)과, 소정의 기초대 상에 배치되어 있는 XY축 스테이지가 배치되어 있다. 플랫 코어 부착 리니어 모터(70)는 케이스(12)의 배면 부분에 지지되어 있다. 복수의 노즐 헤드 기구는, 플랫 코어 부착 리니어 모터(70)의 코일 슬라이더(72A, 72B, 72C, 72D, 72E)에 각각 지지된다. 토출 노즐(32A, 32B, 32C, 32D, 32E)은 각 노즐 헤드 기구의 T형 조인트(88)에 접속된다. 또한, 도 3에 있어서, X좌표축은 로어 스테이지(42)의 이동 테이블의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되고, Y좌표축은 X좌표축에 대하여 직교하며, 후술하는 어퍼 스테이지(44C)의 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블(46C)의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되어 있다. Z좌표축은 X좌표축 및 Y좌표축에 대하여 직교하도록 설정되어 있다. XY축 스테이지는, 기초대에 고정되는 고정 테이블 및 이동 테이블로 구성되는 로어 스테이지(42)와, 로어 스테이지(42)의 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블을 구비하는 어퍼 스테이지(44C)와, 어퍼 스테이지(44C)에 대하여 이동 가능하게 배치되는 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블(46C)을 포함한다.
고정 테이블(46C)의 워크 지지면에는, 도시가 생략된 치구를 통해 예를 들면, 5개의 워크(58W2)가 X좌표축을 따라 소정의 간격을 갖고 일렬로 고정되어 있다.
플랫 코어 부착 리니어 모터(리니어 모터 단축 로봇)(70)는 예를 들면, 가이드 레일의 내측에 마련된 미도시된 고정자(마그넷 플레이트)와, 가이드 레일에 이동 가능하게 배치되는 복수개의 코일 슬라이더(72A, 72B, 72C, 72D, 72E)와, 가이드 레일에 마련되는 리니어 엔코더 스케일(자기 스케일)에 대한 코일 슬라이더(72A∼72E)의 위치를 각각 전자적으로 검출하는 복수의 자기 헤드와. 리니어 모터를 구동 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.
복수개의 코일 슬라이더(72A, 72B, 72C, 72D, 72E)는 각각 5개의 워크(58W2)에 대응한 소정의 간격을 갖고 배치되며, X좌표축을 따라 쌍방향으로 이동 가능해진다.
복수의 노즐 헤드 기구는 서로 동일한 구성을 갖는다. 이 때문에, 코일 슬라이더(72A)에 연결되는 노즐 헤드 기구에 대하여 대표적으로 설명한다.
상호간 거리 조정 수단으로서의 노즐 헤드 기구는, 주요 요소로서, 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)와, 감속기 부착 스테핑 모터(82)와, 감속기 부착 스테핑 모터(86)와, 토출 노즐(32A)을 구비하고 있다. 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)는 코일 슬라이더(72A)의 연결면(72as)에 지지되어 있다. 스테핑 모터(82)는 모터 브래킷(80)에 지지되어 있다. 모터 브래킷(80)은 전동 실린더(76)의 로드(76S)의 일단에 결합된 연결 단부(78)에 연결되어 있다. 감속기 부착 스테핑 모터(86)는 요동암(84)에 지지되어 있다. 요동암(84)은 스테핑 모터(82)의 출력 축(82S)에 연결되어 있다. 토출 노즐(32A)은 T형 조인트(88)의 하단부에 접속되어 있다. T형 조인트(88)의 상단부는 스테핑 모터(86)의 출력 축에 연결되어 있다.
샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)는 스테핑 모터(74)의 출력 축에 연결되어 있다. 로드(76S)는 스테핑 모터(74)가 작동 상태일 때, Z좌표축을 따라, 모터 브래킷(80)을 워크(58W2)에 대하여 근접하도록 하강되는 동시에, 워크(58W2)에 대하여 이격하도록 상승되어진다. 스테핑 모터(74), 스테핑 모터(82), 스테핑 모터(86)는 각각, 도시가 생략된 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd5, Cd6, Cd7)에 근거하여 제어된다.
요동암(84)의 연결단의 회전 축선은 도 4에 있어서, 스테핑 모터(82)의 출력 축(82S)의 회전 중심 축선(Oy)과 동심 상에 배치되어 있다. 요동암(84)의 연결단은 소정의 원주각 범위에서 회전 중심 축선(Oy)의 주위에 회동 가능해진다. 회전 중심 축선(Oy)은 Y좌표축에 대략 평행하게 설정되어 있다.
감속기 부착 스테핑 모터(86)의 감속기를 지지하는 요동암(84)의 모터 지지부는, 회전 중심 축선(Oy)에 대하여 평행하게 형성되어 있다. 감속기 부착 스테핑 모터(86)의 출력 축은, 모터 지지부의 관통공을 통해 Z좌표축을 따라 아래쪽을 향하여 돌출되어, T형 조인트(88)의 상단부에 연결되어 있다.
이로써, 감속기 부착 스테핑 모터(86)가 작동 상태인 경우, T형 조인트(88) 및 토출 노즐(32A)이 소정의 원주각 범위에서 감속기 부착 스테핑 모터(86)의 출력 축의 회전 중심 축선(Oz)의 주위에 회동 가능해진다.
따라서, 스테핑 모터(82)가 작동 상태인 경우, 요동암(84)이 T형 조인트(88) 및 토출 노즐(32A)을 동반하여 회전 중심 축선(Oy)의 주위에 X좌표축 Z좌표축으로 형성되는 평면 내에서 소정의 원주각 범위에서 회동 가능해진다. 이 때문에, 토출 노즐(32A)이 소정의 각도 범위(θ), 예를 들면, 180° 내에서 요동 가능해진다. 이로써, 요동하는 토출 노즐(32A)의 토출구가 그리는 궤적은, 회전 중심 축선(Oy)의 주위에 곡률 반경(R)의 원호가 된다. 따라서, 예를 들면, 곡률 반경(R)을 넘는 곡률 반경을 갖는 대략 U자형 홈을 내측에 구비하는 워크의 홈 표면에 대해서도, 토출 노즐(32A)을 사용하여 표면 처리가 가능해진다.
이러한 구성에 있어서, 우선, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구 방향이 각각, Z좌표축 방향으로 향해진 상태에서, 워크(58W2)가 각각 치구(미도시)를 통해 고정 테이블(46C)의 워크 지지면에 설치된다. 그 후, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W2)의 표면 처리되는 표면까지의 거리가 거리(Da)에 도달할 때까지 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)가 하강시켜진다.
다음으로, 유량 제어 밸브(24A∼24E)가 각각, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cv)에 근거하여 구동 제어되고, 토출 노즐(32A∼32E)이 소정의 타이밍으로 에어로졸화된 미립자를 각 워크(58W2)에 대하여 동시에 분사 개시하는 동시에, 제어 유닛으로부터의 제어 신호(Cd1)에 근거하여 구동용 모터(60)가 제어되며, 로어 스테이지(42)의 이동 테이블이 소정의 이동 속도로 X좌표축을 따라 소정의 범위 내에서 이동시켜진다. 이로써, 5개의 워크(58W2) 표면 처리가 종료하게 된다. 따라서, 특허문헌 1에 도시되는 바와 같은 성막 장치와 비교하여, 에어로졸 디포지션법을 이용하여 표면 처리되는 피가공물의 양산성을 높일 수 있어, 피가공물의 제조 비용 및 성막 장치의 제조 비용이 저감되게 된다.
또한, 5개의 워크(58W2) 표면 처리가 종료 후, 예를 들면, 도 3에 실선으로 도시되는 바와 같이, 워크(58W2)에서 X좌표축을 따른 치수보다 짧은 치수를 각각 갖는 5개의 워크(58W3)가, X좌표축을 따라 일렬로 치구(미도시)를 통해 고정 테이블(46C)의 워크 지지면에 설치된다. 이 경우, 복수개의 코일 슬라이더(72A, 72B, 72C, 72D, 72E)에서 X좌표축 방향의 초기 위치를 도 3에 있어서, 좌측 방향으로 틀거나, 또는, 고정 테이블(46C)의 이동 개시 초기 위치를 우측 방향으로 틀음으로써, 토출 노즐(32A∼32E)의 워크(58W3)에 대한 토출 개시 위치를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 도 5의 (A)에 도시되는 바와 같이, 고정 테이블(46C)의 워크 지지면에 설치된 워크(58W4)에서 표면 처리되는 외면이, 평탄면(58S2)과 고저차가 있는 평탄한 아랫단면(58S4)과, 평탄면(58S2)과, 아랫단면(58S4)을 연결하는 한 쌍의 경사면(58S1 및 58S3)을 갖는다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W4)의 표면 처리되는 평탄면(58S2)까지의 거리가 소정의 거리에 도달할 때까지, 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)가 하강시켜지는 동시에, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W4)의 표면 처리되는 아랫단면(58S4)까지의 거리가 소정의 거리에 도달할 때까지, 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)가 더욱 하강시켜진다. 계속해서, 한 쌍의 경사면(58S1) 또는 경사면(58S3)에 대하여 표면 처리되는 경우, 상술한 바와 같이, 요동암(84)이 T형 조인트(88) 및 토출 노즐(32A)을 동반하여 회전 중심 축선(Oy)의 주위에 소정의 원주각 범위에서 서로 역방향으로 회동된 상태에서, 토출 노즐(32A∼32E)이 소정의 타이밍으로 에어로졸화된 미립자를 각 워크(58W4)에 대하여 동시에 분사한다.
또한, 도 5의 (B)에 도시되는 바와 같이, 고정 테이블(46C)의 워크 지지면에 설치된 워크(58W5)에서 표면 처리되는 외면이, 소정의 간격을 갖고 형성되는 2개의 상단면(58S6)과 2개의 상단면(58S6) 상호간이 고저차가 있는 하단면(58S5)과, 하단면(58S5)과 공통된 평면 내에 워크(58W5)의 양단에 형성되는 하단면(58S5)을 갖는다. 이 경우, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W5)의 표면 처리되는 상단면(58S6)까지의 거리가 소정의 거리에 도달할 때까지, 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)가 하강시켜지는 동시에, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구부터, 표면 처리되는 워크(58W5)의 표면 처리되는 하단면(58S5)까지의 거리가 소정의 거리에 도달할 때까지, 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)가 더욱 하강시켜진다. 계속해서, 상단면(58S6) 및 하단면(58S5)에 직교하는 외면(58S7)에 대하여 표면 처리되는 경우, 요동암(84)이 T형 조인트(88) 및 토출 노즐(32A)을 동반하여 회전 중심 축선(Oy)의 주위에 상술한 워크(58W4)일 때의 원주각보다 커지는 원주각 범위에서 서로 역방향으로 회동된 상태에서, 토출 노즐(32A∼32E)이 소정의 타이밍으로 에어로졸화된 미립자를 각 워크(58W5)에 대하여 동시에 분사한다.
도 6은, 본 개시와 관련된 성막 장치의 또다른 일례의 요부를 개략적으로 도시하는 구성도이다. 또한, 도 6에 있어서는, 도 3에 도시되는 예에서 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 붙여서 도시하며, 그 중복 설명을 생략한다. 또한, 도 6에 있어서, X좌표축은 로어 스테이지(42)의 이동 테이블의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되고, Y좌표축은 X좌표축에 대하여 직교하며, 후술하는 어퍼 스테이지(44C)의 이동 테이블에 연결되는 고정 테이블(46C)의 이동 방향에 대하여 평행하게 설정되어 있다. Z좌표축은 X좌표축 및 Y좌표축에 대하여 직교하도록 설정되어 있다.
도 3에 도시되는 예에 있어서는, 복수의 노즐 헤드 기구를 구비하는 1기의 플랫 코어 부착 리니어 모터(리니어 모터 단축 로봇)(70)가 소정의 위치에 배치되어 있는 것임에 비하여, 도 6에 도시되는 예에 있어서는, 복수의 노즐 헤드 기구를 구비하는 각 플랫 코어 부착 리니어 모터(리니어 모터 단축 로봇)(70)의 양단이 각각, 리니어 모터 지지 슬라이더(94)에 의해 소정의 간격을 갖고 지지되어 있다. 각 리니어 모터 지지 슬라이더(94)는 예를 들면, Y좌표축을 따라 서로 평행하게 소정의 간격을 갖고 연장되는 한 쌍의 가이드 레일(90)에 의해 이동 가능하게 지지되어 있다. 각 가이드 레일(90)의 양단은 각각 훅 부재(92)에 의해, 케이스(12)의 천정부 내주부에 고정되어 있다.
도 6에 있어서, 각 리니어 모터 지지 슬라이더(94)의 상호간 거리는 예를 들면, 1열에 X좌표축을 따라 고정 테이블(46C)에 배치되는 5개의 워크(58W3) 열과, 이 열에 Y좌표 방향에 있어서 인접하며, 또한, 1열에 X좌표축을 따라 고정 테이블(46C)에 배치되는 5개의 워크(58W3) 열과의 사이 거리에 대응하여 설정되어 있다. 5개의 워크(58W3) 열은 Y좌표축을 따라 소정의 간격을 갖고 고정 테이블(46C)에 배치되어 있다. XY축 스테이지 전체는 예를 들면, 승강 기구(EL)에 의해, 화살표로 나타나는 바와 같이, 각 워크(58W3)가 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구에 대하여 근접 또는 이격 가능해지도록 지지되어 있다. 이로써, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구와 워크(58W3)의 소정의 표면 사이의 거리가 소정의 거리(Da)로 설정되게 된다. 그 때, 도 5의 (B)에 도시되는 바와 같이, 워크(58W5)에서 표면 처리되는 2개의 상단면(58S6)과, 2개의 상단면(58S6) 상호간이 고저차가 있는 하단면(58S5)이 표면 처리되는 경우, 토출 노즐(32A∼32E)의 토출구의 하단면(58S5)에 대한 위치 미조정은 예를 들면, 상술한 노즐 헤드 기구에서 샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더(76)의 로드(76S)의 위치 조정으로 실시될 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는, 리니어 모터 지지 슬라이더(94)가 Y좌표축을 따라 3열 마련되어 있지만, 이러한 예에 한정되지 않으며, 예를 들면, 워크의 수량에 따라 리니어 모터 지지 슬라이더(94)가 Y좌표축을 따라 4열 이상 마련될 수 있는 것은 물론이다.
또한, 상술한 일 예에 있어서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 토출 노즐(32A, 32B, 32C)의 토출구 방향은, 원주형 워크(58W1)에 대하여 바로 아래 방향으로 설정되어 있으나, 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 원주형 워크의 외주면에 나선형의 V자형 홈이 형성되어 있는 경우, 도 1에 있어서, 좌단의 토출 노즐(32A)의 토출구 방향이, 워크에 대하여 오른쪽으로 비스듬히 아래쪽을 향하고, 우단의 토출 노즐(32C)의 토출구 방향이 워크에 대하여 왼쪽으로 비스듬히 아래쪽을 향하며, 중앙의 토출 노즐(32B)의 토출구 방향이 바로 아래 방향으로 설정되어도 된다. 이렇게, 토출 노즐(32A) 및 토출 노즐(32C)의 토출구 방향이 V자형 홈의 경사면에 대향하도록 설정됨으로써, 워크의 외주면에 형성되는 나선형의 V자형 홈의 경사면에 대해서도 표면 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 예에 있어서는, 3개의 토출 노즐(32A, 32B, 32C)은 X좌표축을 따라 일렬로 배열되어 있으나, 이러한 예에 한정되지 않으며, 4개 이상의 토출 노즐이 X좌표축을 따라 갈지자형으로 배치될 수 있다. 또한, 3개의 토출 노즐(32A, 32B, 32C)은 예를 들면, Y좌표축을 따라 2열 이상 배열되며, 예를 들면, 6개 또는 9개의 토출 노즐에 의해 각 워크(58W1)에 대하여 표면 처리될 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는, 워크가 상술한 Z축 스테이지(48A) 및 Z축 스테이지(48B) 상호간에서 3개소에 배치되어 있으나, 이들 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 워크가 상술한 Z축 스테이지(48A) 및 Z축 스테이지(48B) 상호간에서 4개소 이상의 개소에 배치될 수 있다.
또한, 상술한 예에 있어서는, 워크가 상술한 Z축 스테이지(48A) 및 Z축 스테이지(48B) 상호 간에 양단 지지되어 있으나, 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 중심 축선을 따라 비교적 짧은 워크에 있어서는, Z축 스테이지(48B)를 사용하지 않고, 그 워크의 일단부가 Z축 스테이지(48A)로만 지지되고, 워크가 소위, 외팔 지지되어, Z축 스테이지(48A)가 X좌표축을 따라 고정 테이블(46A) 상에서 이동 가능하게 마련될 수 있다.
10　성막 챔버
12　케이스
12A　처리실
32A, 32B, 32C, 32D, 32E　토출 노즐
30A, 30B, 30C　구면 베어링부
42　로어 스테이지
44A, 44B, 44C　어퍼 스테이지
46A, 46B, 46C　고정 테이블
48A, 48B　Z축 스테이지　　
58W1, 58W2, 58W3, 58W4, 58W5　워크
56A, 56B　워크 설치 치구
76　샤프트 가이드가 부착된 전동 실린더
84　요동암

Claims (8)

  1. 성막 챔버의 처리실 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시키는 복수 개의 토출 노즐과,
    상기 각 토출 노즐의 토출구와, 상기 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 상기 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정하는 상호간 거리 조정 수단
    을 구비하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상호간 거리 조정 수단은, 상기 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면에 대한 상기 토출 노즐의 토출구 방향을 변경 가능하게 상기 토출 노즐을 지지하는 토출 노즐 지지체와, 상기 토출 노즐의 토출구를 향하여 승강 가능하게 상기 표면 처리 대상물을 지지하는 Z축 스테이지를 구비하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상호간 거리 조정 수단은, 상기 복수 개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능한 노즐 헤드 기구를 구비하는, 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 Z축 스테이지를 상기 복수 개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능하게 지지하는 적어도 하나의 XY축 스테이지를 추가로 구비하는, 성막 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 토출 노즐의 배열 방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 소정의 간격을 갖고 복수 열 배치되는 리니어 모터 단축 로봇을 구비하고, 상기 노즐 헤드 기구는, 복수 열 배치되는 상기 리니어 모터 단축 로봇에 각각 복수 개 배치되어 있는, 성막 장치.
  6. 복수 개의 토출 노즐이, 성막 챔버의 처리실 내에 소정의 간격을 갖고 배열되고, 에어로졸화된 미립자를 표면 처리 대상물을 향하여 토출시키며, 해당 표면 처리 대상물에 대하여 표면 처리를 실시하고,
    상호간 거리 조정 수단이, 상기 각 토출 노즐의 토출구와, 상기 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면과의 상호간 거리를, 상기 표면 처리 대상물의 형상에 따라 조정하는 것을 포함하는,
    성막 제품의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상호간 거리 조정 수단은, 상기 표면 처리 대상물에서 표면 처리되는 표면에 대한 상기 토출 노즐의 토출구 방향을 변경 가능하게 상기 토출 노즐을 지지하는 토출 노즐 지지체와, 상기 토출 노즐의 토출구를 향하여 승강 가능하게 상기 표면 처리 대상물을 지지하는 Z축 스테이지를 구비하는, 성막 제품의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 상호간 거리 조정 수단은, 상기 복수 개의 토출 노즐의 배열 방향을 따라 이동 가능한 노즐 헤드 기구를 구비하는, 성막 제품의 제조 방법.
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