WO2013077008A1 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

成膜装置および成膜方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2013077008A1
WO2013077008A1 PCT/JP2012/058873 JP2012058873W WO2013077008A1 WO 2013077008 A1 WO2013077008 A1 WO 2013077008A1 JP 2012058873 W JP2012058873 W JP 2012058873W WO 2013077008 A1 WO2013077008 A1 WO 2013077008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
film
film forming
spray
substrate
film formation
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/058873
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
田村　壽宏
樋口　馨
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2013077008A1 publication Critical patent/WO2013077008A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B14/00—Arrangements for collecting, re-using or eliminating excess spraying material

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method, and more specifically to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film by spraying atomized film forming material toward a substrate.
  • various thin films are formed on an object to be deposited such as a substrate.
  • such thin films can be used as liquid phase growth methods, such as sputtering and vapor deposition as physical vapor deposition, plasma CVD (chemical vapor deposition) as chemical vapor deposition, and thermal CVD.
  • the optimum film formation method is selected from the coating method, the sol-gel method, the plating method, and the like.
  • a transparent conductive film as a thin film is generally formed on a transparent substrate such as a glass substrate.
  • a transparent conductive film those made of metal oxides such as STO (strontium titanate) and ITO (tin-doped indium oxide) are mainly used.
  • This type of transparent conductive film is generally formed by sputtering, vapor deposition, metal organic chemical vapor deposition using an organometallic compound, or the like.
  • the organometallic chemical vapor deposition method since a film is formed by a vacuum process, a facility for creating and maintaining a vacuum state is required.
  • the organometallic compound used as a raw material has explosiveness and toxicity. Therefore, it is necessary to use highly airtight equipment, and a special exhaust gas treatment device is attached. Things are also necessary. Therefore, when these film forming methods are adopted, there is a problem that not only a high level of safety design is required, but also the installation cost and running cost of the film forming apparatus are increased.
  • spraying methods such as a spray CVD method and a mist CVD method have been proposed as film forming methods that can be substituted for these.
  • Both the spray CVD method and the mist CVD method are film formation methods in which film formation is performed by atomizing a solution containing a raw material metal as a solute using an atomization mechanism and spraying the solution toward a substrate.
  • film formation can be performed in an air atmosphere, and since there is no need to use a highly dangerous substance such as an organometallic compound, the installation cost and running cost of the film formation apparatus are greatly reduced. Therefore, film formation can be performed at low cost.
  • the film when film formation is performed using the spray method, continuous processing in which film formation is performed while the substrate is being transported becomes possible. Therefore, if such a continuous process is adopted, the film can be made suitable for mass production, and the film can be formed with high productivity and low cost.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 61-96962
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 5-214543
  • a transfer path is formed so as to cross the film formation chamber, so that the substrate is transferred to the substrate while the film formation surface is directed downward.
  • a film forming apparatus that forms a film by gently spraying a film forming material atomized from below toward a film forming surface of a substrate is disclosed.
  • a spray port for introducing the atomized film forming material into the film forming chamber in a portion of the wall surface defining the film forming chamber located below the transport path, and the film forming chamber
  • an exhaust port for exhausting the surplus of the atomized film-forming material introduced into.
  • the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 5-214543 discloses a film-forming apparatus having a configuration similar to the film-forming apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-69962.
  • a film is formed by providing a pair of spray ports and exhaust ports on both the upper part and the lower part of the wall surface defining the film forming chamber. An apparatus is disclosed.
  • the end portions along the transport direction of a plurality of substrates are in contact with each other.
  • the plurality of substrates are conveyed by being pushed out using a pusher or the like while supporting the edges of the plurality of substrates arranged side by side with a support frame.
  • the substrates come into contact with each other and the edges of the substrate and the support frame are rubbed, so that the substrate is damaged, cracked or chipped. May occur, and there is a concern that the yield may deteriorate.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can continuously form a film on a substrate with high quality, and a continuous film forming apparatus and method using a spray method.
  • the purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a continuous film forming apparatus and a film forming method using a spray method that can form a film at a low cost by reducing the frequency of maintenance or the like.
  • the film forming apparatus forms a film by spraying the atomized film forming material toward the substrate, the film forming chamber in which the film is formed, and the film forming material is atomized.
  • the film forming material atomized by the atomizing mechanism is introduced into the film forming chamber on the wall defining the film forming chamber, and the introduced film forming material is introduced into the film forming chamber on the side of the transport path.
  • a spray port is provided for spraying toward.
  • a first exhaust port is provided in a portion of the wall portion defining the film forming chamber located on the spray port side as viewed from the transfer path.
  • a second exhaust port is provided in a portion of the wall portion defining the film forming chamber located on the side opposite to the spray port side as viewed from the transfer path.
  • the second exhaust port is provided at a position facing the spray port with the conveyance path interposed therebetween.
  • the opening surface of the second exhaust port has a wall on the second exhaust port side so that the film forming material atomized by the atomizing mechanism is not blocked by the substrate.
  • the film forming material has a size and a shape that include a range to be sprayed.
  • the film forming material atomized by the atomizing mechanism while moving the plurality of substrates sequentially on the transfer path provided so as to cross the film forming chamber is formed in the film forming chamber.
  • the wall portion defining the film formation chamber is formed on the spray port side as viewed from the transfer path.
  • the present invention it is possible to provide a continuous film forming apparatus and a film forming method using a spray method that can form a film with high quality on a substrate. Further, according to the present invention, it is possible to provide a continuous film forming apparatus and a film forming method using a spray method that can form a film at a low cost by reducing the frequency of maintenance or the like.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view in the vicinity of the spray box, showing a state where a substrate is not put in the spray box shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the line VV shown in FIG. 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the shape of a spray region of a spray nozzle used in the film forming apparatus according to Example 1.
  • Example 3 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to Example 1; It is a graph which shows the relative spraying intensity in the transversal direction of the spray area
  • 10 is a graph showing comparative spraying intensity in the film forming apparatus according to Example 2.
  • 6 is a graph showing comparative spraying intensity in the film forming apparatus according to Example 3.
  • 6 is a graph showing comparative spray intensity in a film forming apparatus according to Example 4;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. First, with reference to FIG. 1, the structure of the film-forming apparatus 1 in this Embodiment is demonstrated.
  • the film forming apparatus 1 is a continuous film forming apparatus based on a heat treatment furnace, and includes a mesh belt 2 and a belt driving unit 3 as a transport mechanism, and a muffle 5 constituting a heating furnace 4.
  • the heater block 6 and the spray box 20 are mainly provided.
  • the spray box 20 is installed so as to close the opening formed by cutting out a part of the upper portion of the heating furnace 4.
  • the substrate 100 that is the film formation target is placed on a transport path constituted by the mesh belt 2.
  • the substrate 100 placed on the mesh belt 2 moves in the direction of arrow A shown in the drawing when the belt driving unit 3 drives the mesh belt 2.
  • the substrate 100 may be transported so as to always move at a constant speed on the transport path, or may be transported so as to move at a predetermined speed only in a predetermined area on the transport path. In some cases, it may be transported so as to be temporarily stopped only in a predetermined area on the transport path.
  • the film forming apparatus 1 includes a substrate carry-in unit 11, a heating unit 12, a film forming unit 13, a heat treatment unit 14, a cooling unit 15, and a substrate carry-out unit 16 in order from the upstream side along the conveyance direction of the substrate 100. Yes.
  • the heating furnace 4 is installed so as to straddle the heating unit 12, the film forming unit 13, and the heat treatment unit 14, and the spray box 20 is installed in the film forming unit 13.
  • the substrate 100 is carried onto the conveyance path by the substrate carry-in unit 11. As a result, the substrate 100 is sequentially put into the heating unit 12, the film forming unit 13, the heat treatment unit 14, and the cooling unit 15 in this order. The substrate 100 after passing through the cooling unit 15 is unloaded from the conveyance path in the substrate unloading unit 16.
  • the substrate 100 is subjected to heat treatment in the heating unit 12 described above, subjected to film formation processing in the film formation unit 13, further subjected to heat treatment in the heat treatment unit 14, and cooled in the cooling unit 15. Is given. As a result, a transparent conductive film is formed on the upper surface, which is the film formation surface, of the substrate 100.
  • the muffle 5 is heated by the heater block 6, and the substrate 100 is heated by the muffle 5 heated to this high temperature.
  • the substrate 100 is heated to a predetermined temperature in the heating unit 12, and is then put into the film forming unit 13.
  • the temperature inside the heating furnace 4 in the heating unit 12 is preferably about 450 ° C. or more and 600 ° C. or less, and more preferably, It shall be 520 degreeC or more and 580 degrees C or less.
  • the heating temperature of the substrate 100 is less than 450 ° C., the film forming temperature is lowered by the sprayed raw material solution, and the crystallinity of the transparent conductive film may be lowered, which is not preferable.
  • the heating temperature of the substrate 100 exceeds 600 ° C., the mist of the raw material solution is difficult to reach the film formation surface of the substrate 100, which is not preferable because the film formation rate may be lowered.
  • the substrate 100 is moved so as to pass under the spray box 20, and the film forming material atomized from the spray box 20 at that time is sprayed toward the upper surface of the substrate 100.
  • a transparent conductive film is formed on the upper surface of the substrate 100. Note that by forming the film while transporting the substrate 100, a transparent conductive film is formed over the entire upper surface of the substrate 100 even if the substrate 100 is longer than the width of the film forming unit 13 in the transport direction. Will be able to.
  • the space between the lower surface of the spray box 20 and the upper surface of the lower muffle 5 corresponds to the film forming chamber 10 (see FIG. 2 and the like) for performing the film forming process.
  • the film forming chamber 10 is provided so as to cross the film forming chamber 10.
  • the film forming chamber 10 is provided with a spray port and a first exhaust port (not shown in FIG. 1) provided on the spray box 20 side, and a second exhaust port 8a provided on the muffle 5 side.
  • a spray port and a first exhaust port not shown in FIG. 1
  • a second exhaust port 8a provided on the muffle 5 side.
  • the substrate 100 after passing through the film forming unit 13 is put into the heat treatment unit 14.
  • the muffle 5 is heated by the heater block 6, and the heat treatment of the transparent conductive film formed on the substrate 100 is performed by the muffle 5 heated to this high temperature.
  • the heat treatment is a process for reducing the sheet resistance of the transparent conductive film.
  • the substrate 100 after passing through the heat treatment unit 14 is put into the cooling unit 15.
  • the substrate 100 that has been held at a high temperature is cooled.
  • a plurality of substrates 100 are sequentially moved on a transfer path provided so as to cross the film forming chamber 10. Then, the film forming material atomized by the spray nozzle 25 is introduced into the film forming chamber 10 and sprayed toward the transport path side, so that each of the plurality of substrates 100 passing through the film forming chamber 10 is sequentially applied. Film formation is performed.
  • the film forming apparatus 1 described above assumes a case where a non-alkali glass substrate is used as the substrate 100. However, in the case where, for example, a soda glass substrate containing an alkali component is used as the substrate 100, a substrate is used. Prior to the formation of the transparent conductive film with respect to 100, it is necessary to form an alkali barrier layer on the substrate 100 in order to prevent the alkaline component from flowing out. In that case, a film forming unit for forming an alkali barrier layer may be further provided on the upstream side of the film forming unit 13 of the film forming apparatus described above.
  • a film forming unit for forming the achromatic layer similarly may be installed on the transport path.
  • these film forming portions to be added may be configured in accordance with the above-described film forming portion 13 for forming the transparent conductive film, and a detailed description thereof is omitted here.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view in the vicinity of the spray box, showing a state where the substrate is put in the spray box shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. is there.
  • 4 is an enlarged schematic cross-sectional view in the vicinity of the spray box showing a state in which the substrate is put into the spray box shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the line VV shown in FIG. FIG.
  • the spray box 20 is installed so as to close the opening formed by cutting out a part of the muffle 5 on the upper side of the heating furnace 4. Yes.
  • the film forming chamber 10 is defined by the lower surface of the spray box 20 and the wall surface of the muffle 5 on the lower side of the heating furnace 4 at the portion facing the lower surface of the spray box 20.
  • the mesh belt 2 is installed so as to traverse, so that a transport path for the substrate 100 is provided so as to traverse the film forming chamber 10.
  • a transport roller 7 is installed as a transport mechanism for supporting the mesh belt 2.
  • the spray box 20 mainly includes a housing 21, a spray nozzle 25 as an atomizing mechanism, a solution introduction pipe 26, a compressed gas introduction pipe 27, and a cooling jacket 28.
  • a solution storage unit 30 for storing the raw material solution 200 is installed in the vicinity of the spray box 20, and the solution introduction pipe 26 described above is connected to the solution storage unit 30.
  • the spray nozzle 25 is a two-fluid spray nozzle that mixes and sprays a raw material solution 200 as a film forming material and a compressed gas.
  • the above-described solution introduction pipe 26 into which the raw material solution 200 is introduced and the compressed gas are used. Each is connected to the compressed gas introduction pipe 27 introduced above.
  • the spray nozzle 25 mixes the introduced raw material solution 200 and the compressed gas, thereby atomizing the raw material solution 200 into a mist having an average particle diameter of 0.1 ⁇ m or more and several tens of ⁇ m or less and placing this on the compressed gas. It is to be ejected.
  • the raw material solution 200 may be a solution obtained by dissolving an inorganic material chloride or organometallic compound selected from the group consisting of zinc, tin, indium, cadmium and strontium in a solvent.
  • a solvent water, methanol, ethanol, butanol, or a mixture thereof can be used. That is, as the raw material solution, for example, an aqueous solution containing zinc acetate, an aqueous solution containing indium chloride and tin chloride, an aqueous solution containing tin chloride, and the like can be used.
  • the raw material solution 200 for such a transparent conductive film it is common to use a solution obtained by dissolving the above chloride or organometallic compound in a solvent at a concentration of about 0.1 mol / L to 0.3 mol / L.
  • concentration is not limited to this.
  • compressed air nitrogen, hydrogen, water vapor, oxygen, or a mixture thereof can be used as the compressed gas.
  • a plurality of spray nozzles 25 are provided along a direction orthogonal to the transport direction of the substrate 100, and a cooling jacket 28 is provided so as to surround each of the plurality of spray nozzles 25. It is provided separately.
  • a plurality of spray nozzles 25 are not necessarily provided, but when the width of the substrate 100 is large, for example, by providing a plurality of spray nozzles 25 in a direction orthogonal to the transport direction of the substrate 100, Film formation can be performed on the entire width direction of the substrate 100 at a time. This point will be described in detail in examples described later.
  • the cooling jacket 28 is for cooling the spray nozzle 25 and the solution introduction pipe 26 connected to the spray nozzle 25. Inside the cooling jacket 28 is a cooling pipe for water cooling and / or air cooling (not shown). A cooling fan is provided. The cooling jacket 28 is for cooling the raw material solution 200 before being ejected from the spray nozzle 25 to a temperature below the boiling point.
  • the space inside the housing 21 is partitioned by a partition wall as shown, and is generated by a carrier gas introduction path 22 through which a carrier gas is introduced and a spray nozzle 25.
  • the mist transport path 23 through which the mist of the raw material solution 200 is transported by the carrier gas and the first exhaust path 24 for exhausting the surplus of the sprayed carrier gas and the mist of the raw material solution 200 are included. .
  • the carrier gas introduction path 22 is provided in a space above the spray nozzle 25 in the space inside the casing 21, and is provided so as to communicate with a carrier gas inlet 22 a provided in the upper part of the casing 21. ing.
  • the mist transport path 23 is provided in a space below the spray nozzle 25 in the space inside the casing 21, communicates with the carrier gas introduction path 22 described above, and is a wall portion that defines the film forming chamber 10. It is provided so as to communicate with a spray port 23 a provided on the bottom wall of a certain casing 21.
  • the carrier gas introduced into the carrier gas introduction path 22 from the outside of the spray box 20 via the carrier gas introduction port 22a flows into the mist conveyance path 23 through the vicinity of the position where the spray nozzle 25 is provided.
  • the mist generated by the spray nozzle 25 is mixed into the carrier gas in the mist transport path 23 and is ejected from the spray port 23a toward the outside of the spray box 20. That is, as a result, the gas containing the mist of the raw material solution 200 is sprayed toward the transport path side of the substrate 100.
  • carrier gas compressed air, nitrogen, hydrogen, water vapor, oxygen, or a mixture thereof can be used.
  • the first exhaust path 24 is a space corresponding to a position on the downstream side along the transport path of the substrate 100 from the position where the mist transport path 23 described above is provided in the space inside the housing 21. It is provided so as to communicate with a first exhaust port 24 a provided on the bottom wall of the casing 21, which is a wall portion that defines the film forming chamber 10.
  • the first exhaust path 24 is connected to a suction pump and an abatement apparatus (not shown) installed outside the spray box 20. As a result, the gas containing the mist of the raw material solution 200 remaining in the film forming chamber 10 is sucked into the first exhaust path 24 through the first exhaust port 24a, and sent to the abatement apparatus. It is rendered harmless in the harming device and discharged outside the film forming device 1.
  • the second exhaust path 8 is located in the heating furnace 4 below the spray box 20 and facing the spray box 20 across the transport path of the substrate 100.
  • the second exhaust path 8 is provided so as to communicate with a second exhaust port 8 a provided on the bottom wall of the muffle 5 on the lower side of the heating furnace 4, which is a wall portion defining the film forming chamber 10.
  • the second exhaust path 8 is connected to a suction pump and an abatement apparatus (not shown) installed outside the heating furnace 4. As a result, the gas containing the mist of the raw material solution 200 remaining in the film forming chamber 10 is sucked into the second exhaust path 8 through the second exhaust port 8a and sent to the abatement apparatus. It is rendered harmless in the harming device and discharged outside the film forming device 1.
  • the suction pump and the detoxifying device may be combined by connecting the first exhaust path 24 and the second exhaust path 8.
  • the film forming method in the present embodiment when the film is sequentially formed on each of the plurality of substrates 100, the above-described first is performed while exhausting through the first exhaust port 24a. 2 Exhaust is performed through the exhaust port 8a.
  • the flow rate of the gas sucked through the first exhaust port 24a and the second exhaust port 8a is about several to ten times the flow rate of the gas sprayed at the spray port 23a.
  • the gas containing the mist of the raw material solution 200 remaining in the film forming chamber 10 is surely exhausted from the film forming chamber 10.
  • the spray port 23 a As described above, in the film forming apparatus 1 and the film forming method in the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, when the substrate 100 is located inside the film forming chamber 10, the spray port 23 a The gas containing the mist of the raw material solution 200 ejected from is ejected in a substantially orthogonal direction with respect to the upper surface which is the film formation surface 101 of the substrate 100. Accordingly, the mist of the raw material solution 200 is supplied from the spray port 23 a to the film formation surface 101 of the substrate 100, and a transparent conductive film is formed on the film formation surface 101.
  • the surplus that was not used for film formation at the portion facing the spray port 23a is not used for film formation at the portion facing the spray port 23a.
  • the gas is mainly sucked through the first exhaust port 24a and exhausted to the outside. This is because the flow of the gas sprayed onto the substrate 100 is blocked by the substrate 100 when the substrate 100 is located inside the film formation chamber 10, and most of the gas flows around the lower surface side of the substrate 100. This is because the air is exhausted through the first exhaust port 24a without any problem. However, even in the meantime, part of the gas is sucked into the second exhaust path 8 through the second exhaust port 8a and exhausted to the outside.
  • the first exhaust port 24a is disposed at a predetermined distance from the spray port 23a described above along the transport path of the substrate 100.
  • the film forming surface 101 of the substrate 100 as shown in FIG. It is possible to form a traveling gas flow. Therefore, the transparent conductive film is formed by spraying the gas in a direction substantially parallel to the film formation surface 101 of the substrate 100 in the portion, so that the film formation can be performed more efficiently. It becomes possible.
  • the substrate 100 is not positioned in the film forming chamber 10 (that is, the substrate 100 is placed).
  • the gas containing the mist of the raw material solution 200 ejected from the spraying port 23a is sprayed toward the transport path side of the substrate 100 even when the mesh belt 2 of the non-mesh portion is approaching the film forming chamber 10).
  • the second exhaust port 8a is provided below the film formation chamber 10, surplus gas that has not been used for film formation is mainly sucked through the second exhaust port 8a. Exhausted to the outside. However, even in the meantime, part of the gas is sucked into the first exhaust passage 24 via the first exhaust port 24a and exhausted to the outside.
  • the gas containing the mist of the raw material solution 200 ejected from the spray port 23 a is completely absorbed by the substrate 100.
  • the gas containing the mist of the raw material solution 200 does not remain in the film forming chamber 10 at that time, and the second exhaust is immediately performed.
  • the air is sucked through the port 8a and exhausted to the outside. Therefore, the film formation on the lower surface of the substrate 100 that should not be formed is suppressed, and in this sense, the film formation on the substrate 100 can be performed with high quality.
  • the film forming apparatus 1 and the film forming method in the present embodiment described above it is possible to perform high-quality film formation on the substrate 100 and to clean the film forming chamber 10.
  • the frequency of maintenance such as this can be reduced, and film formation can be performed at a low cost and with high quality.
  • the second exhaust port 8 a is interposed between the transport path of the substrate 100 and the spray port 23 a.
  • the opening surface of the second exhaust port 8a is provided on the side where the exhaust port 8a is provided without the substrate 100 blocking the gas ejected from the spray port 23a.
  • the wall portion that is, the wall portion of the lower muffle 5
  • it is preferably formed so as to have a size and shape including a range in which the gas is sprayed.
  • the distance L1 between the spray nozzle 25 and the film formation surface 101 of the substrate 100 includes the concentration and spray amount of the raw material solution 200, the transport speed of the substrate 100, and the film formation. Although it may be adjusted as appropriate in consideration of the rate and the like, 250 mm is assumed as an example. In this case, the distance between the lower end surface of the spray box 20 and the film formation surface 101 of the substrate 100 is preferably 20 mm, and the distance L2 between the spray nozzle 25 and the second exhaust port 8a is as follows. , And preferably 300 mm.
  • the present invention is applied to the spray type film forming apparatus 1 using the spray nozzle 25 as the atomizing mechanism and the film forming method using the spray type film forming apparatus 1 is illustrated.
  • the present invention can also be applied to a mist type film forming apparatus using an ultrasonic vibrator or the like as an atomizing mechanism and a film forming method using the same.
  • the mist-type film forming apparatus generates mist from the liquid surface by applying ultrasonic waves to the raw material solution using, for example, an ultrasonic vibrator, but the generated mist itself has kinetic energy. Therefore, this is sprayed onto the film formation surface of the substrate using a carrier gas.
  • a mist method it is possible to generate a mist having a fine and relatively uniform particle diameter, and therefore, it is possible to obtain an advantage that the mists are difficult to condense during the transportation of the mist.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the shape of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to the first embodiment.
  • Example 1 As a raw material solution, 0.9 mol / L SnCl 4 .5H 2 O, 0.3 mol / L NH 4 F, 30% by volume HCl, 2.5% by volume methanol, An aqueous solution containing was used. The boiling point of this aqueous solution was about 70 ° C.
  • the spray region M at the point where the distance apart L h from spout of the spray nozzle 25, is L W length of the major axis
  • the length of the minor axis have a elliptical shape is L T
  • the zero point in FIG. 6 is an intersection of the major axis and the minor axis, and is a position immediately below the center of the spray nozzle 25.
  • FIG. 7 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to Example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to Example 1.
  • the vertical axis represents the relative spray strength
  • the horizontal axis represents the position from the zero point in the longitudinal direction of the spray region.
  • the vertical axis represents the relative spray strength.
  • the horizontal axis represents the position from the zero point in the short direction of the spray region.
  • the relative spray strength is a percentage of the spray strength when the spray strength at the 0 point is 1.
  • the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region M of the spray nozzle 25 increases as the distance from the zero point increases to 100%, and then reaches 0. As it goes away from the point, it descends to 0%.
  • the relative spray strength in the short direction of the spray region M of the spray nozzle 25 is 100% at the zero point, and decreases as the distance from the zero point increases. And it is 0%.
  • the spray strength of the mist is weaker at the end than immediately below the center of the spray nozzle 25. This tendency is the same when a plurality of spray nozzles 25 are provided.
  • FIG. 9 is a graph showing the comparative spraying intensity in the longitudinal direction of the spray area when 13 spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line with a pitch of 100 mm as Example 2. is there.
  • FIG. 10 is a graph showing the comparative spraying intensity in the longitudinal direction of the spray area when the pitch is 120 mm and 11 spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line as Example 3. is there.
  • FIG. 11 is a graph showing the comparative spraying intensity in the longitudinal direction of the spray area when nine spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line with a pitch of 150 mm as Example 4. is there.
  • a plurality of spray nozzles 25 used in the film forming apparatus according to Example 1 described above are arranged along the longitudinal direction.
  • the same raw material solution as used in 1 was used.
  • the vertical axis represents the comparative spraying intensity
  • the horizontal axis represents the position from the zero point in the longitudinal direction of the spray region.
  • the comparative spray strength is a percentage of the spray strength when the spray strength at 0 point of a single spray nozzle is 1.
  • the second exhaust port 8a is provided at a position directly facing the spray port 23a has been described as an example, but it is not always necessary to configure as such. If the second exhaust port 8a is provided on the wall surface defining the film forming chamber 10 and located on the side opposite to the side on which the spray port 23a is provided when viewed from the transfer path, it is sufficient. An effect can be obtained.
  • the present invention is applied to a film forming apparatus and a manufacturing method for manufacturing a transparent conductive film on a transparent substrate of a thin film solar cell has been described as an example.
  • the present invention can also be applied to a film forming apparatus and a film forming method for manufacturing other types of thin films.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Spray Control Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Special Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

　成膜装置は、成膜が行なわれる成膜室（１０）と、成膜材料（２００）を霧化させるスプレーノズル（２５）と、成膜室（１０）を横断するように設けられた搬送経路と、搬送経路上において基板（１００）を移動させる搬送機構とを備える。成膜室（１０）を規定する壁部には、スプレーノズル（２５）にて霧化された成膜材料（２００）を成膜室（１０）に導入するとともに、導入した成膜材料（２００）を成膜室（１０）において搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口（２３ａ）が設けられる。成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、搬送経路から見て噴霧口（２３ａ）側に位置する部分には、第１排気口（２４ａ）が設けられる。成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、搬送経路から見て噴霧口（２３ａ）側とは反対側に位置する部分には、第２排気口（８ａ）が設けられる。

Description

成膜装置および成膜方法
　本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、より特定的には、霧化させた成膜材料を基板に向けて噴霧することで成膜を行なう成膜装置および成膜方法に関する。
　半導体装置、ディスプレイおよび太陽電池等の製造の分野においては、基板等の被成膜対象物に対して各種の薄膜を成膜することが行なわれている。かかる薄膜は、その種類に応じて、物理気相成長法としてのスパッタリング法や蒸着法等、化学気相成長法としてのプラズマＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法や熱ＣＶＤ法等、液相成長法としての塗布法やゾル・ゲル法、メッキ法等の中から最適な成膜方法が選択されて成膜される。
　たとえば、ディスプレイや太陽電池等の製造に際しては、ガラス基板等の透明基板上に薄膜としての透明導電膜が成膜されることが一般的である。このような透明導電膜としては、ＳＴＯ（チタン酸ストロンチウム）およびＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の金属酸化物からなるものが主流である。この種の透明導電膜は、一般に、スパッタリング法、蒸着法、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法等を利用してその成膜が行なわれる。
　スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスにて成膜が行なわれるため、真空状態を作り出してこれを維持する設備が必要になる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有しているため、気密性の高い設備を用いることが必要になるとともに、特殊な排ガス処理装置を付設すること等も必要になる。したがって、これら成膜方法を採用した場合には、高度な安全設計を行なうことが必要になるのみならず、成膜装置の設置コストおよびランニングコストが嵩んでしまうという問題があった。
　そこで、近年、これらに代替する成膜方法として、スプレーＣＶＤ法およびミストＣＶＤ法等の噴霧法が提案されている。スプレーＣＶＤ法およびミストＣＶＤ法は、いずれも原料金属を溶質として含む溶液を霧化機構を用いて霧化し、これを基板に向けて噴霧することによって成膜を行なう成膜方法である。
　噴霧法においては、大気雰囲気下で成膜を行なうことができるとともに、有機金属化合物のような危険性の高い物質を用いる必要もないため、成膜装置の設置コストやランニングコストを大幅に低減することができ、安価に成膜を行なうことができる。
　また、噴霧法を採用して成膜を行なう場合には、基板を搬送しつつ成膜を行なう連続式の処理が可能になる。したがって、このような連続式の処理を採用することとすれば、量産に適したものとすることができ、さらに生産性よく安価に成膜が行なえることになる。
　ここで、噴霧法を利用した連続式の成膜装置が開示された文献として、たとえば特開昭６１－６９９６２号公報（特許文献１）や特開平５－２１４５４３号公報（特許文献２）等がある。
　上記特開昭６１－６９９６２号公報には、成膜室を横断するように搬送経路を構成することにより、基板の被成膜面を下方に向けた状態で基板を搬送させながら当該基板に対して下方から霧化させた成膜材料を基板の被成膜面に向けて緩やかに噴霧することで成膜を行なう成膜装置が開示されている。当該成膜装置においては、成膜室を規定する壁面のうちの搬送経路の下方に位置する部分に、霧化させた成膜材料を成膜室に導入するための噴霧口と、成膜室に導入された霧化された成膜材料のうちの余剰分についてこれを排気するための排気口とが設けられている。
　また、上記特開平５－２１４５４３号公報には、上記特開昭６１－６９９６２号公報に開示の成膜装置に近似の構成の成膜装置が開示されており、基板の表裏面のいずれにも同時に成膜を行なうために、成膜室を規定する壁面のうちの搬送経路の上方に位置する部分および下方に位置する部分の双方にそれぞれ噴霧口および排気口が一対ずつ設けられてなる成膜装置が開示されている。
特開昭６１－６９９６２号公報 特開平５－２１４５４３号公報
　ここで、上記特開昭６１－６９９６２号公報および特開平５－２１４５４３号公報に開示の成膜装置にあっては、複数の基板の搬送方向に沿った端部同士が互いに接触した状態となるようにし、並べて配置されたこれら複数の基板の縁を支持枠によって支持しつつプッシャ等を用いて押し出すことにより、これら複数の基板が搬送されるように構成している。しかしながら、このような方法で基板の搬送を行なった場合には、基板同士が接触することになり、また基板の縁と支持枠とが擦れることにもなるため、基板が傷付いたり割れや欠けが発生したりするおそれがあり、歩留まりの悪化が懸念される。
　これを解決するためには、コンベヤ等の搬送機構を用いて複数の基板をそれぞれ所定の間隔をあけて搬送することが考えられる。しかしながら、このように複数の基板をそれぞれ所定の間隔をあけて搬送することとした場合であって、かつ基板の一方の主面のみに成膜を行なうこととした場合には、搬送される基板間に形成される隙間を介して霧化された成膜材料が基板の他方の主面側に回り込んでしまい、成膜すべきでない当該他方の主面にまで成膜が行なわれてしまうといった問題や、霧化された成膜材料が当該隙間部分においてコンベヤ等の搬送機構に付着してしまうといった問題が生じてしまう。
　そのため、この点について何ら対策を行なわなかった場合には、成膜後における基板の品位が低下し、結果として製品の性能低下を招いてしまうばかりでなく、成膜装置を頻繁に清掃する等、メンテナンスに多大のコストを要することとなってしまう。
　したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、基板に対して高品位に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。また、本発明は、メンテナンス等の頻度が減少することによって安価に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
　本発明に基づく成膜装置は、霧化させた成膜材料を基板に向けて噴霧することで成膜を行なうものであって、成膜が行なわれる成膜室と、成膜材料を霧化させる霧化機構と、上記成膜室を横断するように設けられた搬送経路と、上記搬送経路上において基板を移動させる搬送機構とを備えている。上記成膜室を規定する壁部には、上記霧化機構にて霧化された成膜材料を上記成膜室に導入するとともに、導入した成膜材料を上記成膜室において上記搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口が設けられている。上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側に位置する部分には、第１排気口が設けられている。上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側とは反対側に位置する部分には、第２排気口が設けられている。
　上記本発明に基づく成膜装置にあっては、上記第２排気口が、上記搬送経路を挟んで上記噴霧口に正対する位置に設けられていることが好ましい。
　上記本発明に基づく成膜装置にあっては、上記第２排気口の開口面が、上記霧化機構によって霧化された成膜材料が基板によって遮られることなく上記第２排気口側の壁部にまで到達する場合において当該成膜材料が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有していることが好ましい。
　本発明に基づく成膜方法は、成膜室を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板を順次移動させつつ、霧化機構にて霧化させた成膜材料を上記成膜室を規定する壁部に設けられた噴霧口を介して上記成膜室に導入して上記搬送経路側に向けて噴霧することにより、上記成膜室を通過する上記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なうものであって、上記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側に位置する部分に設けられた第１排気口を介して排気を行ないつつ、上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側とは反対側に位置する部分に設けられた第２排気口を介して排気を行なうことを特徴としている。
　本発明によれば、基板に対して高品位に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法とすることができる。また、本発明によれば、メンテナンス等の頻度が減少することによって安価に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法とすることができる。
本発明の実施の形態における成膜装置の模式断面図である。 図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図である。 図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。 図１に示す噴霧ボックスに基板が投入されていない状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図である。 図４に示すＶ－Ｖ線に沿った模式断面図である。 実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の形状を示す図である。 実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 実施例２ないし４に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 実施例２に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。 実施例３に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。 実施例４に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、薄膜太陽電池の透明基板上に設けられる透明導電膜の成膜に本発明を適用した場合を例示するものであるが、当然に他の薄膜の成膜に本発明を適用することも可能である。なお、同一のまたは共通する部分には図中同一の符号を付すこととし、その説明は都度繰り返さないこととする。
　図１は、本発明の実施の形態における成膜装置の模式断面図である。まず、この図１を参照して、本実施の形態における成膜装置１の構成について説明する。
　図１に示すように、成膜装置１は、熱処理炉をベースとした連続式の成膜装置であり、搬送機構としてのメッシュベルト２およびベルト駆動部３と、加熱炉４を構成するマッフル５およびヒータブロック６と、噴霧ボックス２０とを主として備えている。噴霧ボックス２０は、加熱炉４の上部側の部分を一部を切り欠くことで形成された開口部を閉塞するように設置されている。
　被成膜対象物である基板１００は、メッシュベルト２によって構成される搬送経路上に載置される。メッシュベルト２上に載置された基板１００は、ベルト駆動部３がメッシュベルト２を駆動することによって図中に示す矢印Ａ方向に移動する。なお、基板１００は、搬送経路上において常時一定の速度で移動するように搬送されてもよいし、搬送経路上の所定の領域においてのみ速度を変えて移動されるように搬送されてもよいし、場合によって搬送経路上の所定の領域においてのみ一時的に静止するように搬送されてもよい。
　成膜装置１は、基板１００の搬送方向に沿って上流側から順に、基板搬入部１１、加熱部１２、成膜部１３、熱処理部１４、冷却部１５および基板搬出部１６にて構成されている。加熱炉４は、このうちの加熱部１２、成膜部１３および熱処理部１４に跨るように設置されており、噴霧ボックス２０は、このうちの成膜部１３に設置されている。
　基板１００は、基板搬入部１１において搬送経路上に搬入される。これにより、基板１００は、上述した加熱部１２、成膜部１３、熱処理部１４および冷却部１５にこの順で順次投入されることになる。冷却部１５を通過した後の基板１００は、基板搬出部１６において搬送経路上から搬出される。
　ここで、基板１００に対しては、上述した加熱部１２において加熱処理が施され、成膜部１３において成膜処理が施され、熱処理部１４においてさらに熱処理が施され、冷却部１５において冷却処理が施される。これにより、基板１００の被成膜面である上面上に透明導電膜が形成されることになる。
　より詳細には、加熱部１２においては、マッフル５がヒータブロック６によって加熱されており、この高温に加熱されたマッフル５により基板１００が加熱される。基板１００は、当該加熱部１２において所定の温度にまで加熱された状態となり、その後、成膜部１３に投入される。
　ここで、成膜する透明導電膜が酸化スズ膜である場合には、加熱部１２内における加熱炉４の内部の温度が４５０℃以上６００℃以下程度であることが好ましく、より好適には、５２０℃以上５８０℃以下とされる。基板１００の加熱温度が４５０℃未満である場合には、噴霧された原料溶液によって成膜温度が低下してしまい透明導電膜の結晶性が低下するおそれがあり好ましくない。その反面、基板１００の加熱温度が６００℃を超えた場合には、原料溶液のミストが基板１００の被成膜面に到達し難くなり、成膜レートが低下するおそれがあり好ましくない。
　成膜部１３においては、基板１００が噴霧ボックス２０の下方を通過するように移動され、その際に噴霧ボックス２０から霧化された成膜材料が基板１００の上面に向けて噴霧されることにより、基板１００の上面上に透明導電膜が成膜される。なお、基板１００を搬送しつつ成膜を行なうことにより、基板１００が成膜部１３の搬送方向における幅よりも長いものであっても、基板１００の上面の全域に透明導電膜を成膜することができることになる。
　ここで、噴霧ボックス２０の下面と下部側のマッフル５の上面との間の空間が、成膜処理を行なうための成膜室１０（図２等参照）に相当し、上述した搬送経路は、この成膜室１０を横断するように設けられることになる。当該成膜室１０には、噴霧ボックス２０側に設けられた噴霧口および第１排気口（図１においては不図示）と、マッフル５側に設けられた第２排気口８ａとが設けられているが、これらの詳細については、後述することとする。
　成膜部１３を通過した後の基板１００は、熱処理部１４に投入される。熱処理部１４においては、マッフル５がヒータブロック６によって加熱されており、この高温に加熱されたマッフル５により基板１００に成膜された透明導電膜の熱処理が行なわれる。当該熱処理は、透明導電膜のシート抵抗を低抵抗化するための処理である。
　熱処理部１４を通過した後の基板１００は、冷却部１５に投入される。冷却部１５においては、それまで高温に保持されていた基板１００の冷却が行なわれる。
　以上において説明した成膜装置１を利用することにより、本実施の形態における成膜方法においては、成膜室１０を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板１００を順次移動させつつ、スプレーノズル２５にて霧化させた成膜材料を成膜室１０に導入して搬送経路側に向けて噴霧することにより、成膜室１０を通過する複数の基板１００のそれぞれに対して順次成膜が行なわれる。
　なお、以上において説明した成膜装置１は、基板１００として無アルカリガラス基板を用いた場合を想定したものであるが、基板１００としてアルカリ成分を含むたとえばソーダガラス基板等を用いる場合には、基板１００に対する透明導電膜の成膜に先立って、アルカリ成分の流出を防止するためのアルカリバリア層を基板１００に成膜することが必要になる。その場合には、上述した成膜装置の成膜部１３の上流側にさらにアルカリバリア層を成膜するための成膜部を設置することとすればよい。また、基板１００に色消し層を設ける場合等にも、同様に色消し層を成膜するための成膜部を上記搬送経路上に設置すればよい。なお、これら付加すべき成膜部は、上述した透明導電膜を成膜するための成膜部１３に準じた構成とすればよく、ここではその詳細な説明は省略する。
　図２は、図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図であり、図３は、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。また、図４は、図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図であり、図５は、図４に示すＶ－Ｖ線に沿った模式断面図である。次に、これら図２ないし図５を参照して、噴霧ボックス２０とその近傍の具体的な構成および当該噴霧ボックス２０が設置された成膜部１３における成膜処理の詳細について説明する。
　図２ないし図５を参照して、上述したように、噴霧ボックス２０は、加熱炉４の上部側のマッフル５の一部を切り欠くことで形成された開口部を閉塞するように設置されている。これにより、当該噴霧ボックス２０の下面と当該噴霧ボックス２０の下面に対向する部分の加熱炉４の下部側のマッフル５の壁面とにより、成膜室１０が規定されている。
　当該噴霧ボックス２０の下方には、メッシュベルト２が横断するように設置されており、これにより、基板１００の搬送経路が、成膜室１０を横断するように設けられることになる。なお、加熱炉４の内部には、メッシュベルト２を支持するための搬送機構としての搬送ローラ７が設置されている。
　噴霧ボックス２０は、筐体２１と、霧化機構としてのスプレーノズル２５と、溶液導入管２６と、圧縮ガス導入管２７と、冷却ジャケット２８とを主として備えている。噴霧ボックス２０の近傍には、原料溶液２００を貯留するための溶液貯留部３０が設置されており、上述した溶液導入管２６が当該溶液貯留部３０に接続されている。
　スプレーノズル２５は、成膜材料としての原料溶液２００と圧縮ガスとを混合してこれを噴霧する二流体スプレーノズルからなり、原料溶液２００が導入される上述した溶液導入管２６と、圧縮ガスが導入される上述した圧縮ガス導入管２７とにそれぞれ接続されている。スプレーノズル２５は、導入された原料溶液２００と圧縮ガスとを混合することにより、原料溶液２００を０．１μｍ以上数十μｍ以下の平均粒子径のミストに霧化してこれを圧縮ガスに乗せて噴出するものである。
　原料溶液２００は、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群から選択される無機材料の塩化物または有機金属化合物を溶媒に溶解させてなる溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノール、ブタノール、またはこれらの混合物等を用いることができる。すなわち、原料溶液としては、たとえば酢酸亜鉛を含む水溶液や、塩化インジウムおよび塩化スズを含む水溶液、塩化スズを含む水溶液等が利用できる。
　かかる透明導電膜の原料溶液２００としては、上記塩化物または有機金属化合物を０．１ｍｏｌ／Ｌ～０．３ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度で溶媒に溶解させたものを用いることが一般的であるが、この濃度に限定されるものではない。
　一方、圧縮ガスとしては、圧縮空気、窒素、水素、水蒸気、酸素、またはこれらの混合物等を用いることができる。
　図３および図５に示すように、スプレーノズル２５は、基板１００の搬送方向と直交する方向に沿って複数設けられており、当該複数のスプレーノズル２５のそれぞれを囲うように、冷却ジャケット２８が個別に設けられている。ここで、スプレーノズル２５は、必ずしも複数設けられている必要はないが、基板１００の幅が大きい場合等には、基板１００の搬送方向と直交する方向に複数のスプレーノズル２５を設けることにより、一度に基板１００の幅方向の全域に対して成膜を行なうことが可能になる。なお、この点については、後述する実施例において詳細に言及する。
　冷却ジャケット２８は、スプレーノズル２５および当該スプレーノズル２５に接続された溶液導入管２６を冷却するためのものであり、当該冷却ジャケット２８の内部には、図示しない水冷用の冷却配管および／または空冷用の冷却ファンが設けられている。当該冷却ジャケット２８は、スプレーノズル２５から噴出される前の原料溶液２００を沸点以下の温度に冷却するためのものである。
　この冷却ジャケット２８を設けることにより、スプレーノズル２５の内部において原料溶液２００の揮発を抑制することが可能になり、スプレーノズル２５から噴霧される原料溶液２００の濃度を一定に保つことができるとともに、スプレーノズル２５および溶液導入管２６の内部において原料溶液２００が固化して目詰まりを起こすことを抑制することができる。
　図２ないし図５に示すように、筐体２１の内部の空間は、図示する如くの仕切り壁によって仕切られており、キャリアガスが導入されるキャリアガス導入路２２と、スプレーノズル２５によって生成された原料溶液２００のミストが当該キャリアガスによって搬送されるミスト搬送路２３と、噴き付け後のキャリアガスおよび原料溶液２００のミストの余剰分を排気するための第１排気路２４とを含んでいる。
　キャリアガス導入路２２は、筐体２１の内部の空間のうちのスプレーノズル２５よりも上方の空間に設けられ、筐体２１の上部に設けられたキャリアガス導入口２２ａに連通するように設けられている。ミスト搬送路２３は、筐体２１の内部の空間のうちのスプレーノズル２５よりも下方の空間に設けられ、上述したキャリアガス導入路２２に連通するとともに、成膜室１０を規定する壁部である筐体２１の底壁に設けられた噴霧口２３ａに連通するように設けられている。
　これにより、噴霧ボックス２０の外部からキャリアガス導入口２２ａを介してキャリアガス導入路２２に導入されたキャリアガスは、スプレーノズル２５が設けられた位置の近傍を経由してミスト搬送路２３に流入することになり、スプレーノズル２５にて生成されたミストがミスト搬送路２３において当該キャリアガスに混入されて噴霧口２３ａから噴霧ボックス２０の外部に向けて噴き出されることになる。すなわち、これにより、原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の搬送経路側に向けて噴霧されることになる。
　なお、キャリアガスとしては、圧縮空気、窒素、水素、水蒸気、酸素、またはこれらの混合物等を用いることができる。
　一方、第１排気路２４は、筐体２１の内部の空間のうちの、上述したミスト搬送路２３が設けられた位置よりも基板１００の搬送経路に沿った下流側の位置に対応する空間に設けられており、成膜室１０を規定する壁部である筐体２１の底壁に設けられた第１排気口２４ａに連通するように設けられている。
　当該第１排気路２４は、噴霧ボックス２０の外部に設置された図示しない吸引ポンプおよび除害装置に接続されている。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが、第１排気口２４ａを介して当該第１排気路２４に吸引されることで除害装置に送られ、当該除害装置において無害化されて成膜装置１の外部に放出されることになる。
　他方、噴霧ボックス２０の下方であって基板１００の搬送経路を挟んで当該噴霧ボックス２０に対向する部分の加熱炉４には、第２排気路８が位置している。当該第２排気路８は、成膜室１０を規定する壁部である加熱炉４の下部側のマッフル５の底壁に設けられた第２排気口８ａに連通するように設けられている。
　当該第２排気路８は、加熱炉４の外部に設置された図示しない吸引ポンプおよび除害装置に接続されている。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが、第２排気口８ａを介して当該第２排気路８に吸引されることで除害装置に送られ、当該除害装置において無害化されて成膜装置１の外部に放出されることになる。なお、第１排気路２４と第２排気路８とが接続されることにより、吸引ポンプおよび除害装置が兼用とされていてもよい。
　ここで、本実施の形態における成膜方法にあっては、複数の基板１００のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、上述した第１排気口２４ａを介して排気を行ないつつ、上述した第２排気口８ａを介して排気を行なう。
　なお、第１排気口２４ａおよび第２排気口８ａにて吸引されるガスの流量としては、噴霧口２３ａにおいて噴霧されるガスの流量の数倍から十倍程度とされることが好ましい。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが成膜室１０から確実に排気されることになる。
　以上により、本実施の形態における成膜装置１および成膜方法にあっては、図２および図３に示すように、成膜室１０の内部に基板１００が位置する場合においては、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の被成膜面１０１である上面に対して略直交方向に噴き付けられることになる。したがって、基板１００の被成膜面１０１に対して噴霧口２３ａから原料溶液２００のミストが供給されることになり、当該被成膜面１０１上に透明導電膜が成膜されることになる。
　また、噴霧口２３ａを介して基板１００の被成膜面１０１に噴き付けられた原料溶液２００のミストを含むガスのうち、当該噴霧口２３ａと対面する部分において成膜に使用されなかった余剰のガスは、主として第１排気口２４ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。これは、基板１００が成膜室１０の内部に位置することにより、基板１００に噴き付けられたガスの流動が当該基板１００によって遮られるためであり、その大部分が基板１００の下面側に回り込むことなく第１排気口２４ａを介して排気されるためである。ただし、その間においても、一部のガスは、第２排気口８ａを介して第２排気路８内に吸引されて外部に排気されることになる。
　ここで、第１排気口２４ａは、基板１００の搬送経路に沿って上述した噴霧口２３ａと所定の距離をもって配置されていることが好ましい。このように構成すれば、噴霧口２３ａと第１排気口２４ａとの間に位置する部分の成膜室１０において、図２中に示す如くの基板１００の被成膜面１０１と略平行方向に進むガスの流れを形成することが可能になる。したがって、当該部分において基板１００の被成膜面１０１に対して略平行方向にガスが噴き付けられることで透明導電膜の成膜が行なわれることになり、成膜をより効率的に行なうことが可能になる。
　一方、図４および図５に示すように、本実施の形態における成膜装置１および成膜方法にあっては、成膜室１０に基板１００が位置しない場合（すなわち、基板１００が載置されていない部分のメッシュベルト２が成膜室１０に差しかかった場合）にあっても、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の搬送経路側に向けて噴霧されることになるが、成膜室１０の下方に第２排気口８ａが設けられているため、成膜に使用されなかった余剰のガスが、主として当該第２排気口８ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。ただし、その間においても、一部のガスは、第１排気口２４ａを介して第１排気路２４内に吸引されて外部に排気されることになる。
　そのため、成膜室１０内に余剰のミストが滞留することが抑制され、当該余剰のミストがメッシュベルト２や搬送ローラ７等の搬送機構に付着してしまうことが防止でき、成膜室１０内をより清浄な状態に維持できることになる。また、当該余剰のミストがメッシュベルト２や搬送ローラ７等の搬送機構に付着してしまった場合には、これが固化することによってパーティクルが発生してしまい、これが基板１００に付着することで基板１００の品位（たとえば透過率等）や当該基板１００に成膜される透明導電膜の品位（たとえば膜厚やシート抵抗、ヘイズ率等）が低下してしまうことになるが、当該事象の発生も抑制できることになる。
　また、基板１００の進行方向における先端部分や後端部分が成膜室１０に差しかかった時点においては、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００によって完全には遮られることなく、基板１００の下面側に回り込んでしまうことになるが、その際にも原料溶液２００のミストを含むガスが成膜室１０内において残留することなく、直ちに上述した第２排気口８ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。したがって、成膜すべきでない基板１００の下面にまで成膜が行なわれてしまうことが抑制され、この意味においても基板１００に対して高品位に成膜を行なうことが可能になる。
　したがって、以上において説明した本実施の形態における成膜装置１および成膜方法とすることにより、基板１００に対して高品位に成膜を行なうことが可能になるとともに、成膜室１０を清掃する等のメンテナンスの頻度を低減させることができ、安価にかつ高品位に成膜を行なうことが可能になる。
　なお、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスを成膜室１０からより確実に排気するためには、第２排気口８ａを基板１００の搬送経路を挟んで噴霧口２３ａに正対する位置に設けるばかりでなく、さらに、当該第２排気口８ａの開口面が、噴霧口２３ａから噴き出される当該ガスが基板１００に遮られることなく当該排気口８ａが設けられた側の壁部（すなわち、下部側のマッフル５の壁部）にまで到達する場合において当該ガスが噴き付けられることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有するように形成されることが好ましい。
　また、図２および図３を参照して、スプレーノズル２５と基板１００の被成膜面１０１との間の距離Ｌ１としては、原料溶液２００の濃度や噴霧量、基板１００の搬送速度、成膜レート等を勘案して適宜調節することとすればよいが、一例として２５０ｍｍとすることが想定される。その場合の噴霧ボックス２０の下端面と基板１００の被成膜面１０１との間の距離としては、好適には２０ｍｍとされ、スプレーノズル２５と第２排気口８ａとの間の距離Ｌ２としては、好適には３００ｍｍとされる。
　また、本実施の形態においては、霧化機構としてスプレーノズル２５を用いたスプレー式の成膜装置１およびこれを利用した成膜方法に本発明を適用した場合を例示したが、この他にも霧化機構として超音波振動子等を用いたミスト式の成膜装置およびこれを利用した成膜方法に本発明を適用することも可能である。
　ここで、ミスト式の成膜装置は、たとえば超音波振動子を用いて原料溶液に超音波を印加することによりその液面からミストを発生させるものであるが、発生したミスト自体には運動エネルギーがないため、これをキャリアガスを用いて基板の被成膜面に噴き付けるようにするものである。かかるミスト方式を採用した場合には、微細でかつ比較的均一な粒子径のミストを発生させることが可能になるため、ミストの搬送中においてミスト同士が凝縮し難くなるというメリットが得られる。
　以下、上述した実施の形態において使用されるスプレーノズル２５と基板１００における噴霧強度との関係について実施例１ないし４に基づいて説明する。図６は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の形状を示す図である。
　実施例１においては、原料溶液として、０．９ｍｏｌ／ＬのＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏと、０．３ｍｏｌ／ＬのＮＨ4Ｆと、３０体積％のＨＣｌと、２．５体積％のメタノールとを含む水溶液を用いた。この水溶液の沸点は、約７０℃程度であった。
　図６に示すように、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍは、スプレーノズル２５の噴出口からの距離がＬhだけ離れた地点において、楕円形状の外形を有している。具体的には、スプレーノズル２５の噴出口からの距離がＬhだけ離れた地点における噴霧領域Ｍは、その長径の長さがＬW、短径の長さがＬTである楕円形状を有しており、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図６中の０点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル２５の中心の直下の位置である。
　図７は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。また、図８は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
　ここで、図７おいては、縦軸が相対噴付強度を、横軸が噴霧領域の長手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしており、図８においては、縦軸が相対噴付強度を、横軸が噴霧領域の短手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしている。なお、相対噴霧強度とは、０点における噴霧強度を１とした場合の噴霧強度の百分率である。
　図７に示すように、Ｌhが３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍの長手方向における相対噴付強度が、０点から離れるに従って上昇して１００％になった後、さらに０点から離れるに従って下降して０％になっている。一方、図８に示すように、Ｌhが３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍの短手方向における相対噴付強度が、０点において１００％であり、０点から離れるに従って下降して０％になっている。
　このように、噴霧領域Ｍ内においては、スプレーノズル２５の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル２５を設けた場合にも同様である。
　図９は、実施例２として、ピッチを１００ｍｍとして１３個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図１０は、実施例３として、ピッチを１２０ｍｍとして１１個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図１１は、実施例４として、ピッチを１５０ｍｍとして９個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
　実施例２ないし４に係る成膜装置においては、上述した実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズル２５を長手方向に沿って複数配置することとし、原料溶液としては、上述した実施例１において使用した原料溶液と同様のものを使用した。
　ここで、図９ないし図１１においては、縦軸が比較噴付強度を、横軸が噴霧領域の長手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしている。ここで、比較噴霧強度とは、単一のスプレーノズルの０点における噴霧強度を１とした場合の噴霧強度の百分率である。
　図９および図１１に示すように、ピッチＬpを１００ｍｍおよび１５０ｍｍとした実施例２および４の場合には、Ｌhが３００ｍｍの地点において、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度にばらつきが生じていることが分かる。これに対し、図１０に示すように、ピッチＬpを１２０ｍｍとした実施例３の場合には、Ｌhが３００ｍｍの地点において、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていることが分かる。
　当該結果より、複数のスプレーノズル２５を基板１００の幅方向に沿って配置した場合にも、そのピッチを最適化すること等により、基板１００の幅方向において実質的に均等に原料溶液を噴霧することが可能になることが理解される。したがって、基板１００として大型の基板を用いた場合にも、本発明を適用して噴霧条件等を適宜調整することにより、より均一な膜厚の透明導電膜の成膜が可能になると言える。
　以上において説明した本発明の実施の形態においては、第２排気口８ａを噴霧口２３ａに正対する位置に設けた場合を例示して説明を行なったが、必ずしもそのように構成する必要はなく、成膜室１０を規定する壁面であって搬送経路から見た場合に噴霧口２３ａが設けられた側とは反対側に位置する部分に第２排気口８ａが設けられていれば、十分にその効果を得ることができる。
　また、上述した本発明の実施の形態においては、薄膜太陽電池の透明基板上に透明導電膜を製造するための成膜装置および製造方法に本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、当然に他の種類の薄膜を製造するための成膜装置および成膜方法に本発明を適用することも可能である。
　このように、今回開示した上記実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
　１　成膜装置、２　メッシュベルト、３　ベルト駆動部、４　加熱炉、５　マッフル、６　ヒータブロック、７　搬送ローラ、８　第２排気路、８ａ　第２排気口、１０　成膜室、１１　基板搬入部、１２　加熱部、１３　成膜部、１４　熱処理部、１５　冷却部、１６　基板搬出部、２０　噴霧ボックス、２１　筐体、２２　キャリアガス導入路、２２ａ　キャリアガス導入口、２３　ミスト搬送路、２３ａ　噴霧口、２４　第１排気路、２４ａ　第１排気口、２５　スプレーノズル、２６　溶液導入管、２７　圧縮ガス導入管、２８　冷却ジャケット、３０　溶液貯留部、１００　基板、１０１　被成膜面、２００　原料溶液。

Claims (4)

  1. 　霧化させた成膜材料（２００）を基板（１００）に向けて噴霧することで成膜を行なう成膜装置であって、
    　成膜が行なわれる成膜室（１０）と、
    　成膜材料（２００）を霧化させる霧化機構（２５）と、
    　前記成膜室（１０）を横断するように設けられた搬送経路と、
    　前記搬送経路上において基板（１００）を移動させる搬送機構とを備え、
    　前記成膜室（１０）を規定する壁部に、前記霧化機構（２５）にて霧化された成膜材料（２００）を前記成膜室（１０）に導入するとともに、導入した成膜材料（２００）を前記成膜室（１０）において前記搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口（２３ａ）が設けられ、
    　前記成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口（２３ａ）側に位置する部分に、第１排気口（２４ａ）が設けられ、
    　前記成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口（２３ａ）側とは反対側に位置する部分に、第２排気口（８ａ）が設けられている、成膜装置。
  2. 　前記第２排気口（８ａ）が、前記搬送経路を挟んで前記噴霧口（２３ａ）に正対する位置に設けられている、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記第２排気口（８ａ）の開口面が、前記霧化機構（２５）によって霧化された成膜材料（２００）が基板（１００）によって遮られることなく前記第２排気口（８ａ）側の壁部にまで到達する場合において当該成膜材料（２００）が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有している、請求項１に記載の成膜装置。
  4. 　成膜室（１０）を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板（１００）を順次移動させつつ、霧化機構（２５）にて霧化させた成膜材料（２００）を前記成膜室（１０）を規定する壁部に設けられた噴霧口（２３ａ）を介して前記成膜室（１０）に導入して前記搬送経路側に向けて噴霧することにより、前記成膜室（１０）を通過する前記複数の基板（１００）のそれぞれに対して順次成膜を行なう成膜方法であって、
    　前記複数の基板（１００）のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、前記成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口（２３ａ）側に位置する部分に設けられた第１排気口（２４ａ）を介して排気を行ないつつ、前記成膜室（１０）を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口（２３ａ）側とは反対側に位置する部分に設けられた第２排気口（８ａ）を介して排気を行なうことを特徴とする、成膜方法。
PCT/JP2012/058873 2011-11-24 2012-04-02 成膜装置および成膜方法 WO2013077008A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011256167A JP5149437B1 (ja) 2011-11-24 2011-11-24 成膜装置および成膜方法
JP2011-256167 2011-11-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013077008A1 true WO2013077008A1 (ja) 2013-05-30

Family

ID=47890572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/058873 WO2013077008A1 (ja) 2011-11-24 2012-04-02 成膜装置および成膜方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5149437B1 (ja)
WO (1) WO2013077008A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6167771B2 (ja) * 2013-09-04 2017-07-26 セントラル硝子株式会社 液体塗布装置
JP6490835B2 (ja) * 2015-12-11 2019-03-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 ミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法
JP6466876B2 (ja) * 2016-03-29 2019-02-06 東芝三菱電機産業システム株式会社 成膜装置
JP6466877B2 (ja) * 2016-03-29 2019-02-06 東芝三菱電機産業システム株式会社 成膜装置
JP2018019052A (ja) * 2016-07-30 2018-02-01 株式会社Flosfia インダクタの製造方法
JP7015669B2 (ja) * 2017-10-13 2022-02-03 サンスター株式会社 超音波噴霧装置
JP7498575B2 (ja) 2020-02-20 2024-06-12 日本製紙クレシア株式会社 複合型不織布の製造方法および製造装置
KR102572776B1 (ko) * 2021-05-21 2023-08-30 청주대학교 산학협력단 페로브스카이트 박막 제조장치 및 이를 이용한 페로브스카이트 박막 제조방법 및 이에 의해 얻어진 페로브스카이트 박막

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670232U (ja) * 1993-03-13 1994-09-30 太陽誘電株式会社 薄膜形成装置
JPH10112400A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JPH11133434A (ja) * 1997-11-04 1999-05-21 Rohm Co Ltd 液晶表示素子の製法
JP2000044238A (ja) * 1998-07-22 2000-02-15 Matsushita Battery Industrial Co Ltd 二酸化錫膜の製造方法および太陽電池
JP2009152521A (ja) * 2007-11-29 2009-07-09 Nuflare Technology Inc 半導体製造装置および半導体製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670232U (ja) * 1993-03-13 1994-09-30 太陽誘電株式会社 薄膜形成装置
JPH10112400A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JPH11133434A (ja) * 1997-11-04 1999-05-21 Rohm Co Ltd 液晶表示素子の製法
JP2000044238A (ja) * 1998-07-22 2000-02-15 Matsushita Battery Industrial Co Ltd 二酸化錫膜の製造方法および太陽電池
JP2009152521A (ja) * 2007-11-29 2009-07-09 Nuflare Technology Inc 半導体製造装置および半導体製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013108155A (ja) 2013-06-06
JP5149437B1 (ja) 2013-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5149437B1 (ja) 成膜装置および成膜方法
JP4727355B2 (ja) 成膜方法
JP5048862B1 (ja) ガラス基材への成膜方法
KR101497811B1 (ko) 성막 방법
JP2012046772A (ja) ミストｃｖｄ装置及びミスト発生方法
EP3071529B1 (en) Coating apparatus
JP2013095938A (ja) 成膜装置および成膜方法
JP4708130B2 (ja) 成膜装置および透明導電膜の製法
JP5290382B2 (ja) 成膜装置
JPH0158133B2 (ja)
US20160145741A1 (en) Injection nozzle for aerosols and their method of use to deposit different coatings via vapor chemical deposition assisted by aerosol
CA2871621A1 (en) Hood for metal-oxide vapor coating glass containers
JP4991950B1 (ja) ミスト成膜装置
JP2013129868A (ja) 成膜装置
KR101110633B1 (ko) 불소 함유 산화주석 박막 제조장치
JP2014005502A (ja) 薄膜成膜方法
JP5105872B2 (ja) 障壁支持体上に配置されたパネルの吹付け処理
EP3329033B1 (en) Coating apparatus
WO2012127708A1 (ja) 薄膜成膜装置および薄膜成膜方法
JP2013108157A (ja) 成膜装置
JP2007077433A (ja) 成膜装置
JP2013023767A (ja) 成膜装置
JP4509900B2 (ja) 成膜装置
JP2013104092A (ja) 成膜装置
JP2006307257A5 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12851044

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12851044

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1