KR20230044417A - 제막용 무화장치, 제막장치 및 제막방법 - Google Patents

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히로시 하시가미
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치로서, 상기 원료액체를 수용하는 원료용기와, 상기 원료액체에 상기 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조와, 상기 원료용기를, 이 원료용기의 적어도 일부가 상기 중간액 중에 위치하도록 지지하는 지지기구와, 상기 중간액을 순환시키는 순환기구와, 상기 초음파를 발생시키고, 상기 전파조에 인가하는 초음파발생기와, 상기 중간액 중의 기체를 상기 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치이다. 이에 따라, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있는 제막용 무화장치를 제공할 수 있다.

Description

제막용 무화장치, 제막장치 및 제막방법
본 발명은, 제막용 무화장치, 제막장치 및 제막방법에 관한 것이다.
저온 및 대기압에서 에피택셜막 등이 형성가능한 방법으로서, 미스트CVD법 등의 액체미립자를 이용한 제막수법이 알려져 있다. 특허문헌 1에서는, 원료용액을 넣은 용기를 초음파진동자에 가함으로써 원료용액을 미스트화하고, 얻어진 미스트상 원료를 캐리어가스로 반응기 내의 기판에 공급하여 제막을 행하는 방법이 개시되어 있다.
원료액체에의 초음파의 인가는 통상, 부식성의 원료액체 등도 포함한 폭넓은 재료의 이용을 가능하게 하므로, 물 등의 중간액을 개재하여 행해진다. 그런데, 초음파의 인가를 계속하면, 중간액으로부터 기포가 발생하여, 원료액체에의 초음파전파가 방해되고, 미스트의 발생량이 저하되는 문제가 있었다. 이에 반해, 특허문헌 2에서는, 원료용기의 바닥면을 중간액의 액면에 대하여 각도를 마련함으로써, 원료용기 바닥면에의 기포부착을 회피하는 방법이 개시되어 있다.
일본특허공개 2013-28480호 공보 일본특허공개 2005-305233호 공보
그러나, 특허문헌 2의 구조에서는, 원료용기 내에 있어서의 원료액체의 깊이가 불균일하므로, 특히 복수의 초음파발생기를 구비하는 경우 등에서는 원료액체를 충분히 무화할 수 없었다. 또한 게다가, 무화장치의 구조가 복잡해지고, 장치가 고가가 된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있는 제막용 무화장치, 이러한 무화장치를 구비하는 제막장치, 및 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있는 제막방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치로서,
상기 원료액체를 수용하는 원료용기와,
상기 원료액체에 상기 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조와,
상기 원료용기를, 이 원료용기의 적어도 일부가 상기 중간액 중에 위치하도록 지지하는 지지기구와,
상기 중간액을 순환시키는 순환기구와,
상기 초음파를 발생시키고, 상기 전파조에 인가하는 초음파발생기와,
상기 중간액 중의 기체를 상기 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치를 제공한다.
이러한 무화장치이면, 중간액 중의 기체가 기포로서 원료용기의 바닥부 등에 체류하는 것을 방지할 수 있고, 원료액체에의 초음파의 전반이 기포에 의해 방해되는 것을 억제할 수 있으므로, 초음파를 지속적으로 높은 효율로 원료액체에 전파시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 무화장치는, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 무화장치는, 원료액체의 무화를 계속적으로 행할 수 있으므로, 고밀도의 원료액체무화를 행할 수 있다. 그리고, 이러한 무화장치를 구비한 제막장치는, 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있다.
상기 순환기구로부터 상기 중간액을 상기 전파조에 주입하는 주입구가, 상기 원료용기의 바닥면보다 낮은 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 무화장치이면, 중간액 중의 기체를 보다 효율적으로 제거할 수 있고, 그 결과, 원료액체의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다.
상기 전파조로부터 상기 중간액을 상기 순환기구에 배출하는 배출구가, 상기 원료용기의 바닥면보다 높은 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 무화장치이면, 중간액 중의 기체를 보다 효율적으로 제거할 수 있고, 그 결과, 원료액체의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다.
상기 원료용기는, 수평한 바닥면을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 무화장치이면, 원료용기 내에 있어서의 원료액체의 깊이를 균일하게 할 수 있고, 그로 인해 원료액체를 보다 충분히 무화할 수 있다. 그 결과, 원료액체의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다. 또한, 이러한 형상이면, 장치구조의 단순화가 도모되어, 비용억제에도 도움이 된다.
상기 탈기기구는, 상기 전파조에 마련되어 있을 수도 있다.
이 경우, 예를 들어, 상기 탈기기구를, 상기 전파조와 상기 원료용기를 유지하는 상기 지지기구로 둘러싸이는 공간의 내부와 외부를 공간적으로 접속한 것으로 할 수 있다.
혹은, 상기 탈기기구가 상기 순환기구에 마련되어 있을 수도 있다.
이와 같이, 탈기기구는, 중간액이 존재할 수 있는 곳이면, 어디에 마련해도 상관없다.
또한, 본 발명에서는, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하도록 구성된 제막장치로서,
본 발명의 제막용 무화장치와,
상기 제막기와,
상기 제막용 무화장치에 의해 무화하여 생성되는 상기 원료미스트를 캐리어가스에 의해 상기 제막기에 공급하도록 구성된 공급기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막장치를 제공한다.
이러한 제막장치이면, 본 발명의 제막용 무화장치를 구비하므로, 제막을 안정적으로 계속하는 것이 가능하며, 생산성이 높은 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하는 제막방법으로서,
본 발명의 제막용 무화장치에 의해 원료액체를 무화하는 스텝과,
상기 무화된 원료액체와 캐리어가스를 혼합하여 혼합기를 형성하는 스텝과,
상기 혼합기를 하지기판에 공급하여 제막을 행하는 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제막방법을 제공한다.
이러한 제막방법이면, 본 발명의 제막용 무화장치를 구비하므로, 보다 장시간을 요하는 대구경 기판에의 제막을 안정적으로 계속하는 것이 가능하며, 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제막용 무화장치이면, 초음파를 지속적으로 높은 효율로 원료액체에 전파시키는 것을 가능하게 하고, 원료액체의 무화를 안정적으로 행하는 것이 가능한 무화장치가 된다. 즉, 본 발명의 제막용 무화장치이면, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제막장치이면, 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제막방법이면, 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제막용 무화장치의 일 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제막용 무화장치의 다른 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제막용 무화장치의 추가로 다른 형태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제막장치의 일 형태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제막장치의 다른 형태를 나타내는 개략도이다.
본 발명은, 제막에 이용되는 무화장치로서, 초음파진동자 등의 초음파발생기로부터의 초음파에 의해 원료액체를 무화하는 제막용 무화장치, 그리고 이것을 이용한 제막장치 및 제막방법에 관한 것이다.
상기 서술한 바와 같이, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있는 제막용 무화장치의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의검토를 거듭한 결과, 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치에 있어서, 전파조 내의 중간액을 순환시키는 순환기구와, 중간액 중의 기체를 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구를 마련함으로써, 중간액 중의 기체가 탈기기구를 향하도록 이 중간액을 이동시킬 수 있고, 그에 따라 중간액 중의 기체를 제막용 무화장치의 계 외로 효율적으로 배출할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치로서,
상기 원료액체를 수용하는 원료용기와,
상기 원료액체에 상기 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조와,
상기 원료용기를, 이 원료용기의 적어도 일부가 상기 중간액 중에 위치하도록 지지하는 지지기구와,
상기 중간액을 순환시키는 순환기구와,
상기 초음파를 발생시키고, 상기 전파조에 인가하는 초음파발생기와,
상기 중간액 중의 기체를 상기 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치이다.
또한, 본 발명은, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하도록 구성된 제막장치로서,
본 발명의 제막용 무화장치와,
상기 제막기와,
상기 제막용 무화장치에 의해 무화하여 생성되는 상기 원료미스트를 캐리어가스에 의해 상기 제막기에 공급하도록 구성된 공급기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막장치이다.
또한, 본 발명은, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하는 제막방법으로서,
본 발명의 제막용 무화장치에 의해 원료액체를 무화하는 스텝과,
상기 무화된 원료액체와 캐리어가스를 혼합하여 혼합기를 형성하는 스텝과,
상기 혼합기를 하지기판에 공급하여 제막을 행하는 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제막방법이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
[제막용 무화장치]
본 발명의 제막용 무화장치는, 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치로서,
상기 원료액체를 수용하는 원료용기와,
상기 원료액체에 상기 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조와,
상기 원료용기를, 이 원료용기의 적어도 일부가 상기 중간액 중에 위치하도록 지지하는 지지기구와,
상기 중간액을 순환시키는 순환기구와,
상기 초음파를 발생시키고, 상기 전파조에 인가하는 초음파발생기와,
상기 중간액 중의 기체를 상기 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
원료액체에 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조를 구비하는, 초음파에 의해 원료액체를 무화(미립자화)하여 원료미스트(원료미립자)를 생성하는 제막용 무화장치에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 초음파의 인가를 계속하면, 중간액 중에 포함되는 기체가 기포가 되어 나타나고, 이 기포가 중간액과 원료용기의 사이에 체류하여, 원료액체에의 초음파의 전파를 방해한다는 문제가 있었다.
본 발명의 제막용 무화장치는, 중간액을 순환시키는 순환기구와, 중간액 중의 기체를 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구를 구비함으로써, 앞서 설명한 바와 같이, 중간액 중의 기체가 탈기기구를 향하도록 이 중간액을 이동시킬 수 있다. 그로 인해, 본 발명의 제막용 무화장치는, 중간액 중의 기체를 제막용 무화장치의 계 외로 효율적으로 배출할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 제막용 무화장치이면, 원료액체의 무화를 계속적으로 높은 효율로 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 무화장치는, 원료액체의 무화를 계속적으로 행할 수 있으므로, 고밀도의 원료액체무화를 행할 수 있다.
순환기구로부터 중간액을 상기 전파조에 주입하는 주입구가, 원료용기의 바닥면보다 낮은 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전파조로부터 중간액을 순환기구에 배출하는 배출구가, 원료용기의 바닥면보다 높은 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이들과 같은 무화장치이면, 중간액 중의 기체가 탈기기구를 향하는 것과 같은 이 중간액의 이동을 더욱 촉진할 수 있고, 그로 인해 중간액 중의 기체를 보다 효율적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 원료액체의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다.
원료용기는, 수평한 바닥면을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 무화장치이면, 원료용기 내에 있어서의 원료액체의 깊이를 균일하게 할 수 있고, 그로 인해 원료액체를 보다 충분히 무화할 수 있다. 그 결과, 원료액체의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다. 게다가, 장치형상을 단순화할 수 있고, 장치비용의 저감도 도모된다.
탈기기구는, 중간액 중의 기체를 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 것이므로, 중간액이 존재할 수 있는 곳이면, 어디에 마련해도 상관없다.
예를 들어, 탈기기구는, 전파조에 마련된 것일 수도 있고, 혹은 순환기구에 마련된 것일 수도 있다.
본 발명의 제막용 무화장치는, 원료용기, 전파조, 지지기구, 순환기구, 초음파발생기 및 탈기기구 이외의 부재를 구비할 수도 있다. 구체예는, 이하의 설명을 참조하기 바란다.
이하, 본 발명의 제막용 무화장치의 구체예를 도 1~도 3을 참조하면서 설명한다.
도 1에, 본 발명에 따른 제막용 무화장치(100)의 일 형태를 개략적으로 나타낸다. 제막용 무화장치(100)는, 원료액체(114)를 수용하는 원료용기(111)와, 원료액체(114)에 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액(126)을 수용하는 전파조(121)와, 원료용기(111)를, 이 원료용기(111)의 적어도 일부가 중간액(126) 중에 위치하도록 지지하는 지지기구(123)와, 중간액(126)을 순환시키는 순환기구(131)와, 초음파를 발생시키고, 전파조(121)에 인가하는 초음파발생기(122)와, 중간액(126) 중의 기체를 제막용 무화장치(100)의 계 외로 배출하는 탈기기구(127)를 구비한다.
또한, 제막용 무화장치(100)는, 원료용기(111)의 내부와 외부를 공간적으로 접속하고, 또한 그 하단이 원료용기(111) 내에 있어서 원료액체(114)의 액면에 닿지 않도록 설치된 통상 부재(112)와, 전파조(121)와 순환기구(131)를 유체접속한 배관(132)을 추가로 구비하고 있다.
순환기구(131)는, 배관(132)을 통과하여 중간액(126)을 전파조(121)와의 사이에서 화살표 방향으로 순환시키도록 구성되어 있다. 순환기구(131)는, 중간액(126)의 온도제어기능을 추가로 구비하고 있을 수 있다.
원료용기(111)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 수평한 바닥면을 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 원료용기(111) 내에 있어서의 원료액체(114)의 깊이를 균일하게 할 수 있고, 그로 인해 원료액체(114)를 보다 충분히 무화할 수 있다. 그 결과, 원료액체(114)의 무화를 계속적으로 보다 높은 효율로 행할 수 있다.
원료용기(111)에는, 캐리어가스(141)를 도입하기 위한 캐리어가스도입구(113)가 설치되어 있다. 원료용기(111) 및 통상 부재(112)의 형상은 특별히 한정되지 않는데, 원통상으로 함으로써, 캐리어가스(141)와 초음파로 무화된 원료미스트(미도시)가 혼합한 혼합기(142)를 원활하게 흘릴 수 있다. 캐리어가스도입구(113)는 통상 부재(112)의 원료용기(111) 내부에 있어서의 하단보다도 상방에 마련되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 캐리어가스(141)와 원료미스트를 충분히 혼합할 수 있다.
또한 무화장치(100)는, 도면에는 나타내지 않으나, 원료액체(114)를 그 소비량에 따라 보충하는 기구를 추가로 구비하고 있을 수도 있다.
전파조(121)는, 초음파발생기(122)로부터 조사된 초음파를 원료액체(114)에 전파하기 위한 중간액(126)을 수용하는 것이다.
초음파발생기(122)의 초음파사출면은 평탄한 형상을 하고 있고, 조사방향은 이 사출면을 경사시켜 고정할 수도 있고, 적당히 각도조절하여 경사시킬 수도 있다. 또한, 초음파발생기(122)는, 원하는 미스트밀도나 원료용기(111)의 사이즈 등에 따라 복수 마련할 수 있다. 초음발생기(122)로부터 발진되는 초음파의 주파수는, 원하는 입경과 입도를 갖는 미스트를 발생하는 것이면 한정되지 않는데, 예를 들어, 1.5MHz 내지 4.0MHz를 이용하면 좋다. 이로 인해 원료액체(114)가 제막에 적합한 미크론사이즈의 액적(원료미스트)으로 미스트화(무화)된다.
원료액체(114)는, 초음파를 받아 무화할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 제막하고자 하는 박막에 따라, 적당히 선택할 수 있다.
중간액(126)은, 초음파의 전파를 저해하지 않으면 특별히 한정되지 않고, 물이나 알코올류 및 오일류 등을 이용할 수 있는데, 본 발명에 있어서는 특히 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 전파조(121)는, 도면에는 나타내고 있지 않으나, 중간액(126)의 액량이나 온도를 검지 및 제어하는 수단을 추가로 구비하고 있을 수도 있다.
원료용기(111)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 지지기구(123)에 의해, 그 바닥부가 전파조(121)의 바닥부로부터 일정한 거리만큼 떨어진 상태로 유지되고 있다. 전파조(121)는, 순환기구(131)로부터 배관(132)을 개재하여 중간액(126)을 받아들이는 주입구(124)와, 배관(132)을 개재하여 순환기구(131)에 배출하는 배출구(125)가 마련되어 있다. 원료용기(111)는, 지지기구(123)에 지지됨으로써, 중간액(126)이 주입구(124)로부터 원료용기의 아래를 통과하여 배출구(125)에 흐르도록 배치되어 있다. 이때 주입구(124)는 원료용기(111)의 바닥부보다도 낮은 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 초음파발생기(122)와 원료용기(111)의 바닥부와의 사이에 발생하는 기포(중간액(126) 중의 기체)가, 보다 용이하게 제거되므로, 초음파의 전파가 저해되는 일 없이 안정된 원료의 무화가 가능해진다. 또한, 원료용기(111)의 유지높이는, 사용하는 초음파의 주파수에도 따르지만, 일반적으로는 원료액체(114)의 액면과 초음파발생기(122)의 초음파사출면과의 간격이 10mm 내지 70mm 정도가 되도록 하는 것이 좋다.
탈기기구(127)는, 전파조(121)의 배출구(125)의 상부에 마련되어 있다. 또한, 탈기기구(127)는, 전파조(121)와 원료용기(111)를 유지하는 지지기구(123)로 둘러싸이는 공간의 내부와 외부를 공간적으로 접속하고 있다. 중간액(126)의 흐름에 따라 이동된 기포는 중간액(126) 중을 상승하여 탈기기구(127)에 의해 제막용 무화장치(100)의 계 외로 배출된다. 이와 같이, 기포는, 탈기기구(127)로부터 제막용 무화장치(100)의 계 외로 해방되므로, 중간액(126) 중에 언제까지나 떠돌아서 초음파의 전파를 방해하는 것도 회피된다. 이때의 중간액(126)의 유량은, 중간액(126)에 발생하는 기포를 흘릴 정도의 속도가 있으면 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로 1L/분 이상 20L/분으로 하는 것이 좋다.
탈기기구(127)는, 도 1에서는, 전파조(121)의 배출구(125)의 상부로서, 지지기구(123)와 중간액(126)에 끼워진, 제막용 무화장치(100)의 계 외와 연속한 공간에서 구성되어 있는데, 탈기기구의 태양은 이것으로 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지기구(223)에 경사를 마련하고, 또한 탈기기구(227)를 전파조(221)의 상부의 배출구(225)측의 일부에 마련할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 지지기구(223)의 아래에 채워진 중간액(226) 중의 기체(기포)를, 탈기기구(227)로부터 제막용 무화장치(200)의 계 외로 용이하게 개방(開放)할 수 있다.
혹은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전파조(321)와 지지기구(323)에서 중간액(326)을 밀폐하는 한편으로, 중간액(326) 중의 기체(기포)를 순환기구(331)에 마련한 탈기기구(327)로부터 제막용 무화장치(300)의 계 외로 배출할 수도 있다. 이 경우, 기포를 효율적으로 전파조(321)로부터 배출하므로, 배출구(325)는 적어도 원료용기(311)의 바닥면보다 상방, 보다 바람직하게는 전파조(321)의 상단 부근에 마련하는 것이 좋다. 도 1 및 도 2에 나타내는 제막용 무화장치(100 및 200)에서도, 배출구(125 및 225)는, 각각, 원료용기(111 및 211)의 바닥면보다도 높은 위치에 배치되어 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 있어서, 참조번호 211 및 311은 도 1에 나타낸 원료용기(111)와 동일한 원료용기, 참조번호 212 및 312는 도 1에 나타낸 통상 부재(112)와 동일한 통상 부재, 참조번호 213 및 313은 도 1에 나타낸 캐리어가스도입구(113)와 동일한 캐리어가스도입구, 참조번호 214 및 314는 도 1에 나타낸 원료액체(114)와 동일한 원료액체, 참조번호 222 및 322는 도 1에 나타낸 초음파발생기(122)와 동일한 초음파발생기, 참조번호 224 및 324는 도 1에 나타낸 주입구(124)와 동일한 주입구, 참조번호 231 및 331은 도 1에 나타낸 순환기구(131)와 동일한 순환기구, 참조번호 232 및 332는 도 1에 나타낸 배관(132)과 동일한 배관이다.
또한, 원료용기의 지지방법은, 원료용기 바닥부에 있어서의 중간액의 흐름을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하고, 예를 들어 지지기구는, 전반조에 복수의 기둥상체를 세우고 그 위에 원료용기를 얹는 구조를 갖는 것으로 할 수도 있다.
제막용 무화장치를 구성하는 부재는, 원료액체 및 중간액에 대하여 화학적으로 안정되고 또한 충분한 기계적 강도를 갖는 재질 및 구조이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 금속이나 플라스틱재료, 유리, 금속 표면에 플라스틱재료를 코팅한 재료 등을 이용할 수 있다.
[제막장치]
본 발명의 제막장치는, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하도록 구성된 제막장치로서,
본 발명의 제막용 무화장치와,
상기 제막기와,
상기 제막용 무화장치에 의해 무화하여 생성되는 상기 원료미스트를 캐리어가스에 의해 상기 제막기에 공급하도록 구성된 공급기구
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제막장치는, 본 발명의 제막용 무화장치를 구비하므로, 제막을 안정적으로 계속하는 것이 가능하며, 생산성이 높은 장치로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 제막장치의 구체예를, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 4에, 본 발명에 따른 제막장치의 일 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 4에 나타내는 제막장치(400)는, 제막용 무화장치(100)와, 공급기구(410)와, 제막기(430)를 구비하고 있다.
제막용 무화장치(100)는, 도 1을 참조하면서 설명한 본 발명의 제막용 무화장치의 일례의 무화장치(100)이다. 한편, 무화장치(100)의 순환기구(131) 등의 도시는 생략하고 있다. 제막용 무화장치(100)는, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한 제막용 무화장치(200 및 300)일 수도 있다.
제막용 무화장치(100)는, 앞서 설명한 바와 같이, 원료액체(114)를 초음파에 의해 무화하여 원료미스트(422)를 생성하도록 구성되어 있다.
공급기구(410)는, 캐리어가스공급부(411)와, 배관(413 및 424)을 구비하고 있다. 캐리어가스공급부(411)는, 배관(413)을 개재하여, 제막용 무화장치(100)에 접속되어 있다. 캐리어가스공급부(411)는, 배관(413)을 개재하여, 제막용 무화장치(100)에 캐리어가스(141)를 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 제막용 무화장치(100)는, 배관(424)을 개재하여, 제막기(430)에 접속되어 있다. 배관(424)을 통과하여, 캐리어가스(141)와 원료미스트(422)의 혼합기(142)가 제막기(430)에 공급된다. 즉, 공급기구(410)는, 제막용 무화장치(100)에 의해 무화하여 생성되는 원료미스트(422)를 캐리어가스(141)에 의해 제막기(430)에 공급하도록 구성되어 있다.
캐리어가스공급부(411)는, 공기압축기나 각종 가스봄베 또는 질소가스분리기 등이어도 되고, 또한 가스의 공급유량을 제어하는 기구를 구비하고 있을 수 있다. 배관(413 및 424)은 원료액체(114)나 제막기(430) 부근에 있어서의 온도 등에 대하여 충분한 안정성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고, 석영이나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 불소 수지 등과 같은 일반적인 수지제의 배관을 널리 이용할 수 있다. 또한, 도면에는 나타내고 있지 않으나, 캐리어가스공급부(411)로부터 제막용 무화장치(100)를 개재하지 않는 배관을 별도 배관(424)에 접속하고, 혼합기(142)에 희석가스를 공급할 수 있도록 해도 된다.
제막용 무화장치(100)는, 제막하는 재료 등에 따라 복수대를 구비하고 있을 수도 있다. 또한 이 경우, 복수의 무화장치(100)로부터 제막기(430)에 공급되는 혼합기(142)는, 각각 독립적으로 제막기(430)에 공급될 수도 있고, 배관(424) 중에서 혼합할 수도 있고, 혹은 혼합용의 용기(미도시) 등을 별도 마련하여 거기서 혼합할 수도 있다.
제막기(430)는, 제막실(431)과, 이 제막실(431) 내에 설치되고 막을 형성하는 하지기판(434)을 유지하는 서셉터(432)와, 하지기판(434)을 가열하는 가열수단(433)을 구비하고 있을 수 있다.
제막실(431)의 구조 등은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 알루미늄이나 스테인리스 등의 금속을 이용할 수 있고, 보다 고온에서 제막을 행하는 경우에는 석영이나 탄화실리콘을 이용할 수도 있다.
가열수단(433)은, 하지기판(434), 서셉터(432) 및 제막실(431)의 재질이나 구조에 의해 선정되면 되고, 저항가열히터나 램프히터가 호적하게 이용된다.
캐리어가스(141)는, 앞서 서술한 바와 같이, 제막용 무화장치(100) 내에서 형성된 원료미스트(422)와 혼합되어 혼합기(142)가 되고, 제막기(430)의 제막실(431) 내로 반송되어, 하지기판(434) 상에서 제막이 행해진다.
하지기판(434)은, 형성하는 막을 지지할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 하지기판(434)의 재료도, 특별히 한정되지 않고, 공지의 것일 수 있고, 유기 화합물일 수도 있고, 무기 화합물일 수도 있다. 예를 들어, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 불소 수지, 철이나 알루미늄, 스테인리스강, 금 등의 금속, 실리콘, 사파이어, 석영, 유리, 탄산칼슘, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 산화갈륨, SiC, ZnO, GaN 등을 들 수 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 하지기판(434)의 형상으로는, 예를 들어, 평판이나 원판 등을 들 수 있고, 어느 것이어도 상관없다. 본 발명에 있어서는 특별히 한정되지 않는데, 면적이 5cm2 이상, 보다 바람직하게는 10cm2 이상, 또한 두께가 50~2000μm, 보다 바람직하게는 100~800μm의 하지기판(434)을 호적하게 사용할 수 있다. 변형예로서, 하지기판(434)을 대신하여, 섬유상, 봉상, 원기둥상, 각기둥상, 통상, 나선상, 구상, 링상의 기체를 이용할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 제막장치는, 추가로, 도 4에 나타내는 배기수단(440)을 구비하고 있을 수도 있다. 배기수단(440)은 제막기(430)에 배관(441) 등으로 접속되어 있을 수도 있고, 간극을 두고 설치되어 있을 수도 있다. 또한 배기수단(440)은 제막기(430)로부터 배출되는 열 및 가스나 생성물에 대하여 안정된 소재로 구성되어 있기만 하면, 특별히 구조나 구성은 한정되지 않고, 공지의 일반적인 배기팬이나 배기펌프를 사용할 수 있다. 또한 배출되는 가스나 생성물의 성질에 따라, 미스트트랩, 웨트스크러버, 백필터, 제해장치 등을 구비하고 있을 수 있다.
도 4에서는, 하지기판(434)이 제막실(431) 내부에 설치되는 제막기(430)의 형태를 설명하였으나, 본 발명에 관한 제막장치에서는 이것으로 한정되지 않고, 도 5에 나타내는 바와 같이 제막기(530)로서, 혼합기(533)를 토출하는 노즐(531)을 이용하고, 서셉터(532)의 위에 설치된 하지기판(534)에 혼합기(533)를 직접 분사하여 제막하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 노즐(531)과 서셉터(532)의 어느 하나 또는 양방이 수평방향으로 구동하는 구동수단을 구비하고, 하지기판(534)과 노즐(531)의 수평방향에 있어서의 상대위치를 변화시키면서 제막이 행해질 수 있다. 또한 서셉터(532)는 하지기판(534)을 가열하는 가열수단을 구비하고 있을 수 있다.
노즐(531)은, 제막용 무화장치(100)로부터의 혼합기(142)를 받아들여 이것을 혼합기(533)로서 토출하도록 구성된 것이면, 특별히 한정되지 않는다.
또한 제막기(530)는, 배기수단(535)을 구비하고 있을 수 있다. 배기수단(535)은, 도 5에 나타내는 바와 같이 노즐(531)과 일체화하고 있을 수도 있고, 각각 설치되어 있을 수도 있다.
한편, 도 5에 있어서, 참조번호 511은 도 4에 나타낸 캐리어가스공급부(411)와 동일한 캐리어가스공급부, 참조번호 510은 도 4에 나타낸 공급기구(410)와 동일한 공급기구, 참조번호 514는 도 1~도 4에 나타낸 원료액체(114, 214 및 314)와 동일한 원료액체, 참조번호 522는 도 4에 나타낸 원료미스트(422)와 동일한 원료미스트, 참조번호 513 및 524는 도 4에 나타낸 배관(413 및 424)과 각각 동일한 배관, 참조번호 141은 도 1 및 도 4에 나타낸 캐리어가스(141)와 동일한 캐리어가스이다.
[제막방법]
본 발명의 제막방법은, 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하는 제막방법으로서,
본 발명의 제막용 무화장치에 의해 원료액체를 무화하는 스텝과,
상기 무화된 원료액체와 캐리어가스를 혼합하여 혼합기를 형성하는 스텝과,
상기 혼합기를 하지기판에 공급하여 제막을 행하는 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제막방법이면, 본 발명의 제막용 무화장치를 구비하므로, 보다 장시간을 요하는 대구경 기판에의 제막을 안정적으로 계속하는 것이 가능하며, 안정된 제막을 높은 생산성으로 행할 수 있다.
본 발명의 제막방법에서는, 예를 들어, 도 1~도 3에 나타낸 제막용 무화장치(100, 200 및 300)의 어느 것이나 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 제막방법에서는, 예를 들어 도 4 및 5에 나타낸 제막장치(400 및 500)의 어느 것이나 이용할 수 있다.
이하, 도 4를 재차 참조하면서, 본 발명의 제막방법의 예를 설명한다.
이 예에서는, 제막기(430)에 원료미스트(422)를 공급하여, 제막기(430)에 배치된 하지기판(434) 상에 박막을 형성한다.
우선, 제막용 무화장치(100)에 의해 원료액체(114)를 무화하고, 원료미스트(422)를 생성한다.
이어서, 제막용 무화장치(100)에 있어서, 무화된 원료액체(원료미스트(422))와 캐리어가스(141)를 혼합하여 혼합기(142)를 형성한다. 캐리어가스(141)는, 캐리어가스공급부(411)로부터 배관(413)을 통하여 제막용 무화장치(100)에 공급된다.
이어서, 혼합기(142)를, 제막용 무화장치(100)로부터 배관(424)을 통하여, 제막기(430)에 공급한다. 그에 따라, 제막기(430)에 배치된 하지기판(434) 상에 혼합기(142)를 공급하여, 제막을 행한다.
도 4에 나타내는 제막장치(400)를 이용한 제막방법에 대한 다른 상세에 대해서는, 도 4의 제막장치에 관한 상기 설명을 참조하기 바란다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 이하의 수순으로, 도 1에 나타낸 제막용 무화장치(100)를 이용하여, 원료액체(114)의 무화를 행하고, 무화량을 측정하였다.
우선, 원료용기(111)에 계량한 순수를 원료액체(114)로서 충전하고, 질소가스가 충전된 가스봄베와 캐리어가스도입구(113)를 우레탄수지제 튜브로 접속하였다. 또한, 미스트트랩을 추가로 준비하고, 미스트트랩과 통상 부재(112)를 PFA제 배관으로 접속하였다.
또한, 전파조(121)에 중간액(126)으로서의 물을 충전하였다.
이상과 같이 하여 준비한 제막용 무화장치(100)에 있어서, 초음파발생기(122)로서의 2기의 초음파진동자(주파수 2.4MHz)에 의해 물(126)을 통하여 원료용기(111) 내의 순수(114)에 초음파진동을 전파시켜, 무화(미스트화)하고, 동시에 순환기구(131)로서의 서큘레이터로 전파조(121) 내의 물(126)을 25℃로 유지하면서 순환시켰다.
다음에, 원료용기(111)에 캐리어가스(141)로서의 질소가스를 5L/min의 유량으로 첨가하고, 혼합기(142)를 미스트트랩에 보내어 원료미스트를 회수하였다.
원료용기(111) 내의 물(114)의 수위를 유지하도록 상시 보수하면서, 혼합기(142)의 배출을 5시간 행하고, 무화를 정지하였다.
이 후, 미스트트랩으로 회수한 물의 중량을 계측하였다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 순환기구(131)를 포함하지 않는 무화장치를 이용한, 즉 전파조(121)의 물(126)의 순환을 하지 않고, 스로인 식의 칠러로 전파조(121) 내의 물을 25℃로 유지한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 무화를 실시하였다.
이 후, 미스트트랩으로 회수한 물의 중량을 계측하였다.
실시예 1 및 비교예 1에 있어서 얻어진 회수수량을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1로부터, 본 발명에 따른 제막용 무화장치의 일례의 실시예 1의 제막용 무화장치(100)는, 순환기구를 구비하지 않는 비교예 1의 무화장치보다도 많은 미스트를 생성할 수 있었던 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 이하의 수순으로, 도 1에 나타낸 제막용 무화장치(100)를 구비한, 도 4에 나타낸 제막장치(400)를 이용하여, α-산화갈륨막의 제막을 행하였다.
보다 구체적으로는, 제막용 무화장치(100)로서, 모두 붕규산유리제의 원료용기(111)와 통상 부재(112)를 구비하는 장치를 사용하였다. 또한 석영제의 제막실(431)을 구비하는 제막기(430)를 준비하였다. 캐리어가스공급부(411)로는, 질소가스가 충전된 가스봄베를 사용하였다. 가스봄베(411)와 제막용 무화장치(100)를 우레탄수지제 튜브(413)로 접속하고, 추가로 제막용 무화장치(100)와 제막기(430)를 석영제의 배관(424)으로 접속하였다.
이상과 같이 하여 준비한 제막장치(400)에 있어서, 원료액체(114)로서, 갈륨아세틸아세토네이트 0.02mol/L의 수용액에 농도 34%의 염산을 체적비로 1% 첨가하고, 스터러로 60분간 교반한 것을 준비하고, 이 원료액체(114)를 원료용기(111)에 충전하였다.
또한, 전파조(121)에 중간액(126)으로서의 물을 충전하였다.
다음에, 하지기판(434)으로서, 두께 0.6mm의 직경 4인치의 c면 사파이어기판을, 제막실(431) 내에 설치한 석영제의 서셉터(432)에 재치하고, 가열수단(433)을 이용하여, 기판온도가 500℃가 되도록 가열하였다.
다음에, 초음파발생기(122)로서의 2기의 초음파진동자(주파수 2.4MHz)에 의해 물(126)을 통하여 원료용기(111) 내의 원료액체(114)에 초음파진동을 전파시켜, 원료액체(114)를 무화(미스트화)하여 원료미스트(422)를 생성하고, 동시에 순환기구(131)로서의 서큘레이터로 전파조(121) 내의 물(126)을 25℃로 유지하면서 순환시켰다.
다음에, 원료용기(111)에 가스봄베(411)로부터 질소가스를 5L/min의 유량으로 첨가하고, 원료미스트(422)와 질소가스(141)의 혼합기(142)를 제막실(431)에 120분간 공급하여 제막을 행하였다. 이 직후, 질소가스의 공급을 정지하여, 제막실(431)에의 혼합기(142)의 공급을 정지하고, 하지기판(434)을 취출하였다.
이 후, 새로운 기판을 사용하여, 상기의 제막을 4회 반복하였다.
상기 5회의 제막 동안, 원료액체(114)의 무화는, 원료액체(114)를 보충하면서 정지시키지 않고 연속하여 행하였다.
제작한 막은, X선회절측정으로 2θ=40.3°에 피크가 나타난 점에서, α상의 Ga2O3인 것이 확인되었다.
이 후, 제작한 5시료 전부의 막에 대하여, 기판면 내 9개소의 막두께를 광반사율 해석으로 측정하였다.
(비교예 2)
비교예 2에서는, 순환기구(131)를 포함하지 않는 무화장치를 이용한, 즉 전파조(121)의 물(126)의 순환을 하지 않고, 스로인 식의 칠러로 액조 내의 물을 25℃로 유지한 것 외는 실시예 2와 동일하게 제막을 행하였다.
제작한 막은, X선회절측정으로 2θ=40.3°에 피크가 나타난 점에서, α상의 Ga2O3인 것이 확인되었다.
이 후, 제작한 5시료 전부의 막에 대하여, 기판면 내 9개소의 막두께를 광반사율 해석으로 측정하였다.
실시예 2 및 비교예 2에 있어서 얻어진 막의 막두께를 이하의 표 2에 나타낸다. 한편, 표 2에 나타내는 막두께는, 9개소의 막두께의 평균값이다.
[표 2]
Figure pct00002
상기 표 2에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 제막장치의 일례인 실시예 2의 제막장치에서 행한 제막에서는, 성장속도가 일정하고, 안정된 제막을 효율 좋게 계속적으로 행할 수 있었던 것을 알 수 있다.
한편, 표 2에서 명백한 바와 같이, 순환기구를 구비하지 않는 종래기술의 무화장치를 이용한 비교예 2에서는, 제막횟수마다 성장속도가 저하되었다. 이는, 비교예 2에서는, 무화 중에, 원료용기(111)의 바닥부에 물(126) 중의 기체가 기포로서 발생하여 체류하고, 이 기포가 원료액체(114)에의 초음파의 전파를 방해하였다고 생각된다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 초음파에 의해 원료액체를 무화하여 원료미스트를 생성하는 제막용 무화장치로서,
    상기 원료액체를 수용하는 원료용기와,
    상기 원료액체에 상기 초음파를 전파하기 위한 매체로서의 중간액을 수용하는 전파조와,
    상기 원료용기를, 이 원료용기의 적어도 일부가 상기 중간액 중에 위치하도록 지지하는 지지기구와,
    상기 중간액을 순환시키는 순환기구와,
    상기 초음파를 발생시키고, 상기 전파조에 인가하는 초음파발생기와,
    상기 중간액 중의 기체를 상기 제막용 무화장치의 계 외로 배출하는 탈기기구
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환기구로부터 상기 중간액을 상기 전파조에 주입하는 주입구가, 상기 원료용기의 바닥면보다 낮은 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전파조로부터 상기 중간액을 상기 순환기구에 배출하는 배출구가, 상기 원료용기의 바닥면보다 높은 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료용기는, 수평한 바닥면을 구비하는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈기기구가 상기 전파조에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탈기기구가 상기 전파조와 상기 원료용기를 유지하는 상기 지지기구로 둘러싸이는 공간의 내부와 외부를 공간적으로 접속한 것을 특징으로 하는 성막용(成膜用) 무화장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈기기구가 상기 순환기구에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제막용 무화장치.
  8. 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하도록 구성된 제막장치로서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 제막용 무화장치와,
    상기 제막기와,
    상기 제막용 무화장치에 의해 무화하여 생성되는 상기 원료미스트를 캐리어가스에 의해 상기 제막기에 공급하도록 구성된 공급기구
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 제막장치.
  9. 제막기에 원료미스트를 공급하여, 이 제막기에 배치되는 하지기판 상에 박막을 형성하는 제막방법으로서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 제막용 무화장치에 의해 원료액체를 무화하는 스텝과,
    상기 무화된 원료액체와 캐리어가스를 혼합하여 혼합기를 형성하는 스텝과,
    상기 혼합기를 하지기판에 공급하여 제막을 행하는 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제막방법.
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