成膜装置
【課題】成膜装置のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜する。
【解決手段】微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する成膜装置１００である。筐体１５０と、筐体１５０内に成膜材料１６０を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料１６０が筐体１５０の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【解決手段】微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する成膜装置１００である。筐体１５０と、筐体１５０内に成膜材料１６０を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料１６０が筐体１５０の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。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（Ｓｎドープ酸化インジウム）などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。
【０００３】
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法は、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するため、取り扱いが難しく、排ガス処理装置など付随する設備を設ける必要がある。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。
【０００４】
そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。
【０００５】
ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、構成が簡易で安価な成膜装置を使用することができる。
【０００６】
ミスト法を行なう成膜装置を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載された成膜装置においては、強誘電体材料を含む溶液をミスト化して、そのミストを帯電させる。基板上に設けられた導電性電極と基板から離れた位置に設置された電極との間に加えた電界でミストを加速することにより、基板上に設けられた導電性電極上にミストを堆積させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ミスト法による成膜装置においては、処理目的である基板以外の成膜装置の壁面などに成膜材料の微粒子が付着するため、微粒子を除去するメンテナンスが頻繁に必要である。また、成膜装置内の成膜領域から排気口に通じている排気領域までの間に位置するミストの流路領域の壁面に付着した微粒子は、壁面から基板上に脱落して、成膜された膜の品質低下の原因となるとともに、成膜材料の利用効率の低下の原因となる。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、成膜装置のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる、成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に基づく成膜装置は、微粒子化した成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置である。成膜装置は、筐体と、筐体内に成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料が筐体の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【００１１】
本発明の一形態においては、筐体は、成膜ガスを排気するための排気口を有している。成膜ガスは筐体内において、成膜ガスが基板上に噴き付けられる噴き付け領域から、成膜ガスが基板に沿って流動する流路領域を通過して、成膜ガスが基板上から排気口に向かう排気領域へ流動する。上記所定箇所が流路領域に位置する筐体の壁面である。
【００１２】
好ましくは、成膜装置は、噴き付け領域、流路領域および排気領域を順に通過するように基板を搬送する搬送機構と、成膜材料が堆積する主面とは反対側の主面側から基板を加熱する加熱機構とをさらに備える。
【００１３】
好ましくは、電界生成機構は、絶縁体からなる基体と基体内に設けられた金属からなる細線電極とを含む。好ましくは、絶縁体がセラミックスである。好ましくは、金属がタングステンである。
【００１４】
好ましくは、複数の細線電極が略平行に設けられている。好ましくは、細線電極に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の電圧が印加される。
【００１５】
本発明の一形態においては、複数の細線電極からなる細線電極群が、基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置されている。複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加される。
【００１６】
本発明の一形態においては、複数の細線電極からなる細線電極群が、基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置されている。複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、成膜装置のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図４】同実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。
【図５】電界カーテンの原理を説明するモデル図である。
【図６】実施形態１の成膜装置および比較例の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態２に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図９】同実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。
【図１０】実施形態２の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態１に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２０】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る成膜装置１００は、微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する装置である。
【００２１】
成膜装置１００は、筐体１５０と、筐体１５０内に成膜材料１６０を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料１６０が筐体１５０の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【００２２】
筐体１５０は、後述するキャリアガス１７０が導入される導入口１５１と、成膜ガスを排気するための排気口１５２とを有している。また、筐体１５０は、筐体１５０内を３つの空間に分割する仕切壁１５４を有している。第１の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間１５８である。第２の空間は、噴霧機構から成膜ガスが噴霧される成膜ガス噴霧空間１５９である。第３の空間は、排気口１５２と繋がっている排気空間１５３である。
【００２３】
筐体１５０は、成膜ガス噴霧空間１５９から成膜ガスを基板２００上に流動可能とする開口部１５７を有している。開口部１５７の近傍に基板２００が配置されることにより、基板２００が成膜処理される。
【００２４】
本実施形態の成膜装置１００においては、開口部１５７の近傍を基板２００が通過するように搬送可能な搬送機構１１０が設けられている。搬送機構１１０は、基板２００が載置される搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられたプーリ１１２と、プーリ１１２を駆動させる駆動軸１１３と、駆動軸１１３に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト１１１は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
【００２５】
本実施形態においては搬送機構１１０を設けたが、必ずしも搬送機構１１０を設ける必要はなく、開口部１５７の近傍に基板２００を載置する載置台を設けてもよい。
【００２６】
基板２００を載置している搬送ベルト１１１の下方に、成膜材料１６０が堆積する主面とは反対側の主面側から基板２００を加熱する加熱機構１２０が設けられている。本実施形態においては加熱機構１２０はホットプレートで構成されているが、加熱機構１２０は基板２００を加熱できるものであればよく、たとえば、赤外線ヒータなどでもよい。
【００２７】
また、加熱機構１２０は必ずしも設けられなくてもよいが、基板２００の表面温度が低い場合、金属酸化物の薄膜が形成されにくくなるため、加熱機構１２０が設けられた方が好ましい。
【００２８】
噴霧機構は、成膜材料１６０を貯留するタンク１４０と、タンク１４０内に圧縮空気を導入する図示しないコンプレッサーと、圧縮空気により加圧された成膜材料１６０が通過する通路１４１と、成膜材料１６０を微粒子化して成膜ガスとして噴霧するスプレーノズル１３０とから構成されている。筐体１５０には、スプレーノズル１３０の位置に対応して開口１５５が形成されている。
【００２９】
設けられるスプレーノズル１３０の数は、基板２００の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりの成膜ガスの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
【００３０】
成膜材料１６０は、無機材料として、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウム、ストロンチウムなどの材料の少なくともいずれかを含む。これらの無機材料が溶質として、有機金属または塩化物金属からなる溶媒に、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度で溶解されることにより、成膜材料１６０の溶液が作製される。ただし、成膜材料１６０の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。
【００３１】
ここで、筐体１５０内におけるガスの流動経路について説明する。まず、導入口１５１から、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス１７０が筐体１５０の成膜ガス噴霧空間１５９内に導入される。成膜ガス噴霧空間１５９内に導入されたキャリアガス１７０は、矢印１７１で示す向きに流動する。
【００３２】
スプレーノズル１３０から成膜ガスが矢印１６１で示す向きに噴霧される。成膜ガスとキャリアガス１７０とは、混合領域１８１において互いに混合されて混合ミストとなる。混合ミストは、矢印１８２で示す向きに流動して開口部１５７に到達する。
【００３３】
混合ミストは、開口部１５７から基板２００の主面上に噴き付けられる。成膜ガスを含む混合ミストが基板２００上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Ｘと称する。
【００３４】
噴き付け領域Ｘに到達した混合ミストは、基板２００の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁１５４の一部であって基板２００の主面と対向している対向面１５６と、基板２００の主面との間を矢印１８３で示す向きに混合ミストが流動する。混合ミストが矢印１８３で示す向きに流動する領域を、流路領域Ｙと称する。
【００３５】
流路領域Ｙを通過した混合ミストは、排気空間１５３内を矢印１８４で示す向きに流動する。このように混合ミストが基板の主面上から排気口１５２に向かう領域を、排気領域Ｚと称する。排気空間１５３内を通過して排気口１５２に到達した混合ミストは、図示しない除害装置により無害化されて排気ガス１８０として外部に放出される。
【００３６】
基板２００は、搬送機構１１０により矢印１１４で示す方向に搬送される。すなわち、基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを順に通過するように搬送される。基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを通過する間に、主面上に成膜材料１６０の微粒子が堆積することにより成膜される。
【００３７】
ただし、成膜材料１６０の微粒子は、成膜ガスが接触した筐体１５０の壁面にも付着する。特に、加熱機構１２０によって基板２００が加熱されて発生する上昇気流により、流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子が付着しやすい。
【００３８】
流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子が付着した場合、付着した成膜材料１６０が基板２００の主面上に脱落して、成膜された膜の品質低下の原因となるとともに、成膜材料１６０の利用効率の低下の原因となる。そのため従来の成膜装置においては、基板２００上に成膜される膜の品質を維持するために、仕切壁１５４の対向面１５６に付着した微粒子を除去するメンテナンスが頻繁に必要であった。
【００３９】
そこで、本実施形態の成膜装置１００においては、流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６の近傍に電界を生成させる電界生成機構である電界カーテンパネル１９０を設けている。電界カーテンパネル１９０には、電圧印加装置４００が接続されている。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図３においては、簡単のため、引出し電極１９５も図示している。
【００４１】
図２，３に示すように、本実施形態に係る電界カーテンパネル１９０は、絶縁体からなる基体１９２と基体１９２内に設けられた金属からなる細線電極１９３，１９４とを含む。
【００４２】
本実施形態においては、絶縁体としてセラミックスを用いて基体１９２を構成した。また、白金メッキしたタングステンを用いて細線電極１９３，１９４を構成した。ただし、基体１９２および細線電極１９３，１９４の材質はこれらに限られず、電界カーテンパネルとして機能するものであればよい。
【００４３】
複数の細線電極１９３が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第１細線電極群が構成されている。同様に、複数の細線電極１９４が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第２細線電極群が構成されている。平面視において、細線電極１９３と細線電極１９４とは、交互に配置されている。第１細線電極群と第２細線電極群とは、基体１９２の厚さ方向に位置をずらして略平行に配置されている。本実施形態においては、１００ｍｍ角の基体１９２に、５ｍｍピッチで細線電極１９３および細線電極１９４を設けた。
【００４４】
第１細線電極群の各々の細線電極１９３は、基体１９２の表面から引出された引出し電極１９５と接続されている。引出し電極１９５の一部は、基体１９２内において、細線電極１９３の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第１細線電極群の各々の細線電極１９３と接続されている。また、引出し電極１９５の残部は、いずれかの細線電極１９３との接点から基体１９２の厚さ方向に延在して、基体１９２の表面から突出している。引出し電極１９５は、細線電極１９３と同じ材料で形成されている。
【００４５】
第２細線電極群の各々の細線電極１９４は、基体１９２の表面から引出された引出し電極１９６と接続されている。引出し電極１９６の一部は、基体１９２内において、細線電極１９４の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第２細線電極群の各々の細線電極１９４と接続されている。また、引出し電極１９６の残部は、いずれかの細線電極１９４との接点から基体１９２の厚さ方向に延在して、基体１９２の表面から突出している。引出し電極１９６は、細線電極１９４と同じ材料で形成されている。引出し電極１９５，１９６は、電圧印加装置４００と接続されている。
【００４６】
図４は、本実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態に係る電圧印加装置４００は、電界制御部４１０、交流信号発生装置４２０、位相反転装置４３０、第１増幅器４５０および第２増幅器４４０を含む。
【００４７】
交流信号発生装置４２０として、ファンクションジェネレータを用いた。電界制御部４１０と接続された交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して第１増幅器４５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して位相反転装置４３０および第２増幅器４４０と接続されている。
【００４８】
第１増幅器４５０は、電界カーテンパネル１９０の引出し電極１９５と接続されている。第２増幅器４４０は、電界カーテンパネル１９０の引出し電極１９６と接続されている。
【００４９】
電圧印加装置４００から、引出し電極１９５を介して第１細線電極群の各々の細線電極１９３、および、引出し電極１９６を介して第２細線電極群の各々の細線電極１９４に交流電圧を印加することにより、いわゆる電界カーテンが形成される。
【００５０】
第１細線電極群の各々の細線電極１９３、および、第２細線電極群の各々の細線電極１９４に、互いに１８０°位相が異なる交流電圧を印加することによって、定在波の電界カーテンが形成される。
【００５１】
本実施形態においては、２組の細線電極群を含む電界カーテンパネル１９０を用いたが、たとえば、３組の細線電極群を用いた場合、隣り合う２つの細線電極に１２０度位相がシフトした電圧を印加することにより、進行波の電界カーテンが形成される。４組の細線電極群を用いた場合、隣り合う２つの細線電極に９０度位相がシフトした電圧を印加することにより、進行波の電界カーテンが形成される。
【００５２】
図５は、電界カーテンの原理を説明するモデル図である。図５に示すように、隣り合う細線電極１９３および細線電極１９４の各々に印加する電圧を逆極性とすると、細線電極１９３と細線電極１９４との間に形成される電気力線３１０は略円弧状となる。
【００５３】
細線電極１９３および細線電極１９４の各々に交流電圧を印加することにより、電気力線３１０の電界ベクトルの向きが一定周期で反転する。成膜材料１６０の微粒子３００は、電気力線３１０の近傍に近づくと、電気力線３１０の接線方向に静電気力３２０を受けるため、電気力線３１０に沿うように運動する。電気力線３１０は略円弧状であるため、微粒子３００には電気力線３１０の半径方向外向きの遠心力３３０が作用する。その結果、微粒子３００は、細線電極１９３と細線電極１９４との間から遠ざかる方向に運動する。
【００５４】
電圧印加装置４００から印加する交流電圧の周波数を十分高く設定すると、細線電極１９３および細線電極１９４に向かう微粒子３００に対して逆方向の運動を与えることができるため、微粒子３００が電界カーテンパネル１９０の基体１９２に付着することを防止できる。
【００５５】
交流電圧の周波数としては、電界カーテンパネル１９０の周囲の温度が室温である場合には１ｋＨｚ以上５ｋＨｚ以下が好ましく、電界カーテンパネル１９０の周囲の温度が５００℃程度である場合には３０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下が好ましい。
【００５６】
交流電圧の大きさとしては、５ｋＶ以上１０ｋＶ以下であることが好ましい。なお、本実施形態においては、電圧印加装置４００によって、第１細線電極群および第２細線電極群の各々に、５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加されている。
【００５７】
図１に示すように、成膜装置１００においては、仕切壁１５４の対向面１５６に沿うように電界カーテンパネル１９０を取付部材１９１により固定している。そのため、電圧印加装置４００により交流電圧を印加すると、流路領域Ｙを流動している混合ミストに含まれる成膜材料１６０の微粒子３００が基板２００の主面側に向けて運動する。
【００５８】
その結果、対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子３００が付着することを抑制することができる。また、基板２００の主面上に成膜材料１６０の微粒子３００を堆積させることができる。よって、成膜装置１００のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料１６０の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【００５９】
本実施形態においては、対向面１５６に電界カーテンパネル１９０を設けたが、電界カーテンパネル１９０を設ける位置はこれに限られず、成膜材料１６０の付着を抑制したい位置に設ければよい。
【００６０】
なお、電界カーテンの詳細については、高畑裕基、外１名「電界カーテン上の帯電粒子の運動の解析」、静電気学会誌、２００９年５月、第３３巻、第３号、ｐ．１２１−１２７など参照。
【００６１】
以下、電界カーテンパネル１９０を有さない比較例の成膜装置と、実施形態１に係る成膜装置１００とにおいて、基板２００を成膜処理した実験例について説明する。
【００６２】
(実験例１)
図１に示すように、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚに亘って基板２００が位置するように配置した。本実験においては、搬送機構１１０による基板２００の搬送を行なわずに、基板２００を一定の位置に配置した。基板２００の大きさは１００ｍｍ角であり、噴き付け領域Ｘの大きさは８０ｍｍ角である。
【００６３】
スプレーノズル１３０をそれぞれの成膜装置において３つ設け、各スプレーノズル１３０の噴霧口と基板２００の主面との水頭差を−１５０ｍｍとした。
【００６４】
成膜装置１００においては、電圧印加装置４００により、周波数が２０ｋＨｚで出力電圧が±８ｋＶの電圧を細線電極１９３，１９４に印加して５０ｍＡの出力電流を流した。
【００６５】
加熱機構１２０であるホットプレートの設定温度を５９０℃として、６０秒間成膜した。噴き付け領域Ｘに位置する部分の基板２００の温度は、成膜処理開始直後の５９０℃程度から５００℃程度まで低下した。これは、混合ミストが基板２００の主面上に付着して気化した際に、基板２００から気化熱を奪ったためである。
【００６６】
流路領域Ｙに位置する部分の基板２００の温度は、噴き付け領域Ｘに位置する部分の基板２００の温度と比較して高くなっていた。これは、流路領域Ｙにおいて基板２００と接触する混合ミストの量が少ないことと、噴き付け領域Ｘにおいて気化した高温のガスの一部が流路領域Ｙに流入しているためである。そのため、流路領域Ｙにおいては、成膜材料１６０の付着効率が高い。
【００６７】
図６は、実施形態１の成膜装置および比較例の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。図６においては、縦軸に成膜された膜の膜厚(ｎｍ)、横軸に排気領域側の基板端部からの距離(ｍｍ)を示している。
【００６８】
図６に示すように、実施形態１の成膜装置１００および比較例の成膜装置の両方において、基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚が、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙ、排気領域Ｚの順に薄くなっている。
【００６９】
基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚は、噴き付け領域Ｘにおいては、比較例の成膜装置と実施形態１に係る成膜装置１００とで差はほとんどなかった。流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいては、比較例の成膜装置より実施形態１に係る成膜装置１００の方が、成膜された膜の膜厚が厚くなっていた。
【００７０】
これは、実施形態１の成膜装置１００において電界カーテンパネル１９０によって、成膜材料１６０の微粒子が流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいて基板２００に向けて運動させられて基板２００の主面上に堆積したためである。
【００７１】
この結果、成膜材料１６０の利用効率においては、比較例の成膜装置が１０．２％であるのに対して、実施形態１に係る成膜装置１００は１２．５％まで向上された。成膜装置１００により成膜された厚さが８００ｎｍ以上の透明導電膜のシート抵抗の測定値は、平均５０Ω／□程度であり、ヘイズ率は平均１０％であり、高品質の膜が形成されていた。
【００７２】
一方、成膜装置１００においては、仕切壁１５４の対向面１５６には、ほとんど成膜材料１６０が付着していなかった。よって、成膜装置１００ではメンテナンスの回数を低減することができる。
【００７３】
なお、電圧印加装置４００が印加する電圧の出力波形としては、パルス状凹凸波形およびサイン波形のいずれの場合も同様の効果を得ることができることを確認した。電界カーテンパネル１９０の効果は、印加される電圧の出力波形にはあまり影響されないため、たとえば、三角波形などの出力波形の電圧を印加してもよいと考えられる。
【００７４】
さらに、細線電極１９３と細線電極１９４とに印加される電圧は互いに逆位相でなくてもよく、細線電極１９３と細線電極１９４との間に種々の電界が印加されうる。よって、複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加されてもよい。
【００７５】
以下、本発明の実施形態２に係る成膜装置について説明する。なお、実施形態２に係る成膜装置は、電界カーテンパネル５００および電圧印加装置６００の構成のみ実施形態１に係る成膜装置１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００７６】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図８においては、簡単のため、引出し電極５０６，５０７，５０８も図示している。
【００７７】
図７，８に示すように、本実施形態に係る電界カーテンパネル５００は、絶縁体からなる基体５０１と基体５０１内に設けられた金属からなる細線電極５０２，５０３，５０４，５０５とを含む。
【００７８】
複数の細線電極５０２が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第１細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０３が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第２細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０４が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第３細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０５が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第４細線電極群が構成されている。
【００７９】
平面視において、細線電極５０２と細線電極５０３と細線電極５０４と細線電極５０５とは、順に周期的に配置されている。第１細線電極群と第２細線電極群と第３細線電極群と第４細線電極群とは、基体５０１の厚さ方向に位置をずらして略平行に配置されている。本実施形態においては、１００ｍｍ角の基体５０１に、５ｍｍピッチで細線電極５０２、細線電極５０３、細線電極５０４および細線電極５０５を設けた。
【００８０】
第１細線電極群の各々の細線電極５０２は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０６と接続されている。引出し電極５０６の一部は、基体５０１内において、細線電極５０２の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第１細線電極群の各々の細線電極５０２と接続されている。また、引出し電極５０６の残部は、いずれかの細線電極５０２との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０６は、細線電極５０２と同じ材料で形成されている。
【００８１】
第２細線電極群の各々の細線電極５０３は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０７と接続されている。引出し電極５０７の一部は、基体５０１内において、細線電極５０３の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第２細線電極群の各々の細線電極５０３と接続されている。また、引出し電極５０７の残部は、いずれかの細線電極５０３との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０７は、細線電極５０３と同じ材料で形成されている。
【００８２】
第３細線電極群の各々の細線電極５０４は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０８と接続されている。引出し電極５０８の一部は、基体５０１内において、細線電極５０４の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第３細線電極群の各々の細線電極５０４と接続されている。また、引出し電極５０８の残部は、いずれかの細線電極５０４との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０８は、細線電極５０４と同じ材料で形成されている。
【００８３】
第４細線電極群の各々の細線電極５０５は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０９と接続されている。引出し電極５０９の一部は、基体５０１内において、細線電極５０５の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第４細線電極群の各々の細線電極５０５と接続されている。また、引出し電極５０９の残部は、いずれかの細線電極５０５との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０９は、細線電極５０５と同じ材料で形成されている。引出し電極５０６〜５０９は、電圧印加装置６００と接続されている。
【００８４】
図９は、本実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。図９に示すように、本実施形態に係る電圧印加装置６００は、電界制御部４１０、交流信号発生装置４２０、位相反転装置４３０，６３０、第１増幅器４５０、第２増幅器４４０、第３増幅器６５０および第４増幅器６４０を含む。
【００８５】
電界制御部４１０と接続された交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して第１増幅器４５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して位相反転装置４３０および第２増幅器４４０と接続されている。
【００８６】
交流信号発生装置４２０は、接点６６０を介して第３増幅器６５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点６６０を介して位相反転装置６３０および第４増幅器６４０と接続されている。
【００８７】
第１増幅器４５０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０６と接続されている。第２増幅器４４０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０８と接続されている。第３増幅器６５０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０７と接続されている。第４増幅器６４０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０９と接続されている。
【００８８】
電圧印加装置６００から、引出し電極５０６を介して第１細線電極群の各々の細線電極５０２、引出し電極５０７を介して第２細線電極群の各々の細線電極５０３、引出し電極５０８を介して第３細線電極群の各々の細線電極５０４、および、引出し電極５０９を介して第４細線電極群の各々の細線電極５０５に交流電圧を印加することにより、いわゆる電界カーテンが形成される。
【００８９】
以下、実施形態２に係る成膜装置において、基板２００を成膜処理した実験例について説明する。
【００９０】
(実験例２)
本実施形態の成膜装置においては、電圧印加装置６００により、周波数が２０ｋＨｚで出力電圧が±８ｋＶの電圧を細線電極５０２〜５０５に印加した。４つの細線電極５０２〜５０５の各々に印加される電圧の位相差は９０度にした。
【００９１】
図１０は、実施形態２の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。図１０においては、縦軸に成膜された膜の膜厚(ｎｍ)、横軸に排気領域側の基板端部からの距離(ｍｍ)を示している。なお、図１０には、図６で示した比較例および実施形態１の成膜装置の実験結果も図示している。
【００９２】
図１０に示すように、実施形態２の成膜装置においても、基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚が、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙ、排気領域Ｚの順に薄くなっている。
【００９３】
基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚は、噴き付け領域Ｘにおいては、比較例の成膜装置と実施形態１の成膜装置と実施形態２の成膜装置とで差はほとんどなかった。流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいては、比較例および実施形態１に係る成膜装置より実施形態２に係る成膜装置の方が、成膜された膜の膜厚が厚くなっていた。
【００９４】
これは、実施形態２の成膜装置において電界カーテンパネル５００によって、より多くの成膜材料１６０の微粒子が流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいて基板２００に向けて運動させられて基板２００の主面上に堆積したためである。
【００９５】
本実施形態の成膜装置においても、対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子３００が付着することを抑制することができる。また、基板２００の主面上に成膜材料１６０の微粒子３００を堆積させることができる。よって、成膜装置１００のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料１６０の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【００９６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１００ 成膜装置、１１０ 搬送機構、１１１ 搬送ベルト、１１２ プーリ、１１３ 駆動軸、１２０ 加熱機構、１３０ スプレーノズル、１４０ タンク、１４１ 通路、１５０ 筐体、１５１ 導入口、１５２ 排気口、１５３ 排気空間、１５４ 仕切壁、１５５ 開口、１５６ 対向面、１５７ 開口部、１５８ 噴霧機構配置空間、１５９ 成膜ガス噴霧空間、１６０ 成膜材料、１７０ キャリアガス、１８０ 排気ガス、１８１ 混合領域、１９０，５００ 電界カーテンパネル、１９１ 取付部材、１９２，５０１ 基体、１９３，１９４，５０２〜５０５ 細線電極、１９５，１９６，５０６〜５０９ 引出し電極、２００ 基板、３００ 微粒子、３１０ 電気力線、３２０ 静電気力、３３０ 遠心力、４００，６００ 電圧印加装置、４１０ 電界制御部、４２０ 交流信号発生装置、４３０，６３０ 位相反転装置、４４０ 第２増幅器、４５０ 第１増幅器、４６０，６６０ 接点、６４０ 第４増幅器、６５０ 第３増幅器、Ｘ 噴き付け領域、Ｙ 流路領域、Ｚ 排気領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。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（Ｓｎドープ酸化インジウム）などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。
【０００３】
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法は、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するため、取り扱いが難しく、排ガス処理装置など付随する設備を設ける必要がある。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。
【０００４】
そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。
【０００５】
ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、構成が簡易で安価な成膜装置を使用することができる。
【０００６】
ミスト法を行なう成膜装置を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載された成膜装置においては、強誘電体材料を含む溶液をミスト化して、そのミストを帯電させる。基板上に設けられた導電性電極と基板から離れた位置に設置された電極との間に加えた電界でミストを加速することにより、基板上に設けられた導電性電極上にミストを堆積させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ミスト法による成膜装置においては、処理目的である基板以外の成膜装置の壁面などに成膜材料の微粒子が付着するため、微粒子を除去するメンテナンスが頻繁に必要である。また、成膜装置内の成膜領域から排気口に通じている排気領域までの間に位置するミストの流路領域の壁面に付着した微粒子は、壁面から基板上に脱落して、成膜された膜の品質低下の原因となるとともに、成膜材料の利用効率の低下の原因となる。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、成膜装置のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる、成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に基づく成膜装置は、微粒子化した成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置である。成膜装置は、筐体と、筐体内に成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料が筐体の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【００１１】
本発明の一形態においては、筐体は、成膜ガスを排気するための排気口を有している。成膜ガスは筐体内において、成膜ガスが基板上に噴き付けられる噴き付け領域から、成膜ガスが基板に沿って流動する流路領域を通過して、成膜ガスが基板上から排気口に向かう排気領域へ流動する。上記所定箇所が流路領域に位置する筐体の壁面である。
【００１２】
好ましくは、成膜装置は、噴き付け領域、流路領域および排気領域を順に通過するように基板を搬送する搬送機構と、成膜材料が堆積する主面とは反対側の主面側から基板を加熱する加熱機構とをさらに備える。
【００１３】
好ましくは、電界生成機構は、絶縁体からなる基体と基体内に設けられた金属からなる細線電極とを含む。好ましくは、絶縁体がセラミックスである。好ましくは、金属がタングステンである。
【００１４】
好ましくは、複数の細線電極が略平行に設けられている。好ましくは、細線電極に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の電圧が印加される。
【００１５】
本発明の一形態においては、複数の細線電極からなる細線電極群が、基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置されている。複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加される。
【００１６】
本発明の一形態においては、複数の細線電極からなる細線電極群が、基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置されている。複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、成膜装置のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図４】同実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。
【図５】電界カーテンの原理を説明するモデル図である。
【図６】実施形態１の成膜装置および比較例の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態２に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図９】同実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。
【図１０】実施形態２の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態１に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２０】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る成膜装置１００は、微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する装置である。
【００２１】
成膜装置１００は、筐体１５０と、筐体１５０内に成膜材料１６０を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、成膜材料１６０が筐体１５０の壁面の所定箇所に付着しないようにこの所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構とを備えている。
【００２２】
筐体１５０は、後述するキャリアガス１７０が導入される導入口１５１と、成膜ガスを排気するための排気口１５２とを有している。また、筐体１５０は、筐体１５０内を３つの空間に分割する仕切壁１５４を有している。第１の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間１５８である。第２の空間は、噴霧機構から成膜ガスが噴霧される成膜ガス噴霧空間１５９である。第３の空間は、排気口１５２と繋がっている排気空間１５３である。
【００２３】
筐体１５０は、成膜ガス噴霧空間１５９から成膜ガスを基板２００上に流動可能とする開口部１５７を有している。開口部１５７の近傍に基板２００が配置されることにより、基板２００が成膜処理される。
【００２４】
本実施形態の成膜装置１００においては、開口部１５７の近傍を基板２００が通過するように搬送可能な搬送機構１１０が設けられている。搬送機構１１０は、基板２００が載置される搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられたプーリ１１２と、プーリ１１２を駆動させる駆動軸１１３と、駆動軸１１３に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト１１１は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
【００２５】
本実施形態においては搬送機構１１０を設けたが、必ずしも搬送機構１１０を設ける必要はなく、開口部１５７の近傍に基板２００を載置する載置台を設けてもよい。
【００２６】
基板２００を載置している搬送ベルト１１１の下方に、成膜材料１６０が堆積する主面とは反対側の主面側から基板２００を加熱する加熱機構１２０が設けられている。本実施形態においては加熱機構１２０はホットプレートで構成されているが、加熱機構１２０は基板２００を加熱できるものであればよく、たとえば、赤外線ヒータなどでもよい。
【００２７】
また、加熱機構１２０は必ずしも設けられなくてもよいが、基板２００の表面温度が低い場合、金属酸化物の薄膜が形成されにくくなるため、加熱機構１２０が設けられた方が好ましい。
【００２８】
噴霧機構は、成膜材料１６０を貯留するタンク１４０と、タンク１４０内に圧縮空気を導入する図示しないコンプレッサーと、圧縮空気により加圧された成膜材料１６０が通過する通路１４１と、成膜材料１６０を微粒子化して成膜ガスとして噴霧するスプレーノズル１３０とから構成されている。筐体１５０には、スプレーノズル１３０の位置に対応して開口１５５が形成されている。
【００２９】
設けられるスプレーノズル１３０の数は、基板２００の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりの成膜ガスの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
【００３０】
成膜材料１６０は、無機材料として、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウム、ストロンチウムなどの材料の少なくともいずれかを含む。これらの無機材料が溶質として、有機金属または塩化物金属からなる溶媒に、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度で溶解されることにより、成膜材料１６０の溶液が作製される。ただし、成膜材料１６０の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。
【００３１】
ここで、筐体１５０内におけるガスの流動経路について説明する。まず、導入口１５１から、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス１７０が筐体１５０の成膜ガス噴霧空間１５９内に導入される。成膜ガス噴霧空間１５９内に導入されたキャリアガス１７０は、矢印１７１で示す向きに流動する。
【００３２】
スプレーノズル１３０から成膜ガスが矢印１６１で示す向きに噴霧される。成膜ガスとキャリアガス１７０とは、混合領域１８１において互いに混合されて混合ミストとなる。混合ミストは、矢印１８２で示す向きに流動して開口部１５７に到達する。
【００３３】
混合ミストは、開口部１５７から基板２００の主面上に噴き付けられる。成膜ガスを含む混合ミストが基板２００上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Ｘと称する。
【００３４】
噴き付け領域Ｘに到達した混合ミストは、基板２００の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁１５４の一部であって基板２００の主面と対向している対向面１５６と、基板２００の主面との間を矢印１８３で示す向きに混合ミストが流動する。混合ミストが矢印１８３で示す向きに流動する領域を、流路領域Ｙと称する。
【００３５】
流路領域Ｙを通過した混合ミストは、排気空間１５３内を矢印１８４で示す向きに流動する。このように混合ミストが基板の主面上から排気口１５２に向かう領域を、排気領域Ｚと称する。排気空間１５３内を通過して排気口１５２に到達した混合ミストは、図示しない除害装置により無害化されて排気ガス１８０として外部に放出される。
【００３６】
基板２００は、搬送機構１１０により矢印１１４で示す方向に搬送される。すなわち、基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを順に通過するように搬送される。基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを通過する間に、主面上に成膜材料１６０の微粒子が堆積することにより成膜される。
【００３７】
ただし、成膜材料１６０の微粒子は、成膜ガスが接触した筐体１５０の壁面にも付着する。特に、加熱機構１２０によって基板２００が加熱されて発生する上昇気流により、流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子が付着しやすい。
【００３８】
流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子が付着した場合、付着した成膜材料１６０が基板２００の主面上に脱落して、成膜された膜の品質低下の原因となるとともに、成膜材料１６０の利用効率の低下の原因となる。そのため従来の成膜装置においては、基板２００上に成膜される膜の品質を維持するために、仕切壁１５４の対向面１５６に付着した微粒子を除去するメンテナンスが頻繁に必要であった。
【００３９】
そこで、本実施形態の成膜装置１００においては、流路領域Ｙに位置する仕切壁１５４の対向面１５６の近傍に電界を生成させる電界生成機構である電界カーテンパネル１９０を設けている。電界カーテンパネル１９０には、電圧印加装置４００が接続されている。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図３においては、簡単のため、引出し電極１９５も図示している。
【００４１】
図２，３に示すように、本実施形態に係る電界カーテンパネル１９０は、絶縁体からなる基体１９２と基体１９２内に設けられた金属からなる細線電極１９３，１９４とを含む。
【００４２】
本実施形態においては、絶縁体としてセラミックスを用いて基体１９２を構成した。また、白金メッキしたタングステンを用いて細線電極１９３，１９４を構成した。ただし、基体１９２および細線電極１９３，１９４の材質はこれらに限られず、電界カーテンパネルとして機能するものであればよい。
【００４３】
複数の細線電極１９３が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第１細線電極群が構成されている。同様に、複数の細線電極１９４が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第２細線電極群が構成されている。平面視において、細線電極１９３と細線電極１９４とは、交互に配置されている。第１細線電極群と第２細線電極群とは、基体１９２の厚さ方向に位置をずらして略平行に配置されている。本実施形態においては、１００ｍｍ角の基体１９２に、５ｍｍピッチで細線電極１９３および細線電極１９４を設けた。
【００４４】
第１細線電極群の各々の細線電極１９３は、基体１９２の表面から引出された引出し電極１９５と接続されている。引出し電極１９５の一部は、基体１９２内において、細線電極１９３の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第１細線電極群の各々の細線電極１９３と接続されている。また、引出し電極１９５の残部は、いずれかの細線電極１９３との接点から基体１９２の厚さ方向に延在して、基体１９２の表面から突出している。引出し電極１９５は、細線電極１９３と同じ材料で形成されている。
【００４５】
第２細線電極群の各々の細線電極１９４は、基体１９２の表面から引出された引出し電極１９６と接続されている。引出し電極１９６の一部は、基体１９２内において、細線電極１９４の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第２細線電極群の各々の細線電極１９４と接続されている。また、引出し電極１９６の残部は、いずれかの細線電極１９４との接点から基体１９２の厚さ方向に延在して、基体１９２の表面から突出している。引出し電極１９６は、細線電極１９４と同じ材料で形成されている。引出し電極１９５，１９６は、電圧印加装置４００と接続されている。
【００４６】
図４は、本実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態に係る電圧印加装置４００は、電界制御部４１０、交流信号発生装置４２０、位相反転装置４３０、第１増幅器４５０および第２増幅器４４０を含む。
【００４７】
交流信号発生装置４２０として、ファンクションジェネレータを用いた。電界制御部４１０と接続された交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して第１増幅器４５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して位相反転装置４３０および第２増幅器４４０と接続されている。
【００４８】
第１増幅器４５０は、電界カーテンパネル１９０の引出し電極１９５と接続されている。第２増幅器４４０は、電界カーテンパネル１９０の引出し電極１９６と接続されている。
【００４９】
電圧印加装置４００から、引出し電極１９５を介して第１細線電極群の各々の細線電極１９３、および、引出し電極１９６を介して第２細線電極群の各々の細線電極１９４に交流電圧を印加することにより、いわゆる電界カーテンが形成される。
【００５０】
第１細線電極群の各々の細線電極１９３、および、第２細線電極群の各々の細線電極１９４に、互いに１８０°位相が異なる交流電圧を印加することによって、定在波の電界カーテンが形成される。
【００５１】
本実施形態においては、２組の細線電極群を含む電界カーテンパネル１９０を用いたが、たとえば、３組の細線電極群を用いた場合、隣り合う２つの細線電極に１２０度位相がシフトした電圧を印加することにより、進行波の電界カーテンが形成される。４組の細線電極群を用いた場合、隣り合う２つの細線電極に９０度位相がシフトした電圧を印加することにより、進行波の電界カーテンが形成される。
【００５２】
図５は、電界カーテンの原理を説明するモデル図である。図５に示すように、隣り合う細線電極１９３および細線電極１９４の各々に印加する電圧を逆極性とすると、細線電極１９３と細線電極１９４との間に形成される電気力線３１０は略円弧状となる。
【００５３】
細線電極１９３および細線電極１９４の各々に交流電圧を印加することにより、電気力線３１０の電界ベクトルの向きが一定周期で反転する。成膜材料１６０の微粒子３００は、電気力線３１０の近傍に近づくと、電気力線３１０の接線方向に静電気力３２０を受けるため、電気力線３１０に沿うように運動する。電気力線３１０は略円弧状であるため、微粒子３００には電気力線３１０の半径方向外向きの遠心力３３０が作用する。その結果、微粒子３００は、細線電極１９３と細線電極１９４との間から遠ざかる方向に運動する。
【００５４】
電圧印加装置４００から印加する交流電圧の周波数を十分高く設定すると、細線電極１９３および細線電極１９４に向かう微粒子３００に対して逆方向の運動を与えることができるため、微粒子３００が電界カーテンパネル１９０の基体１９２に付着することを防止できる。
【００５５】
交流電圧の周波数としては、電界カーテンパネル１９０の周囲の温度が室温である場合には１ｋＨｚ以上５ｋＨｚ以下が好ましく、電界カーテンパネル１９０の周囲の温度が５００℃程度である場合には３０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下が好ましい。
【００５６】
交流電圧の大きさとしては、５ｋＶ以上１０ｋＶ以下であることが好ましい。なお、本実施形態においては、電圧印加装置４００によって、第１細線電極群および第２細線電極群の各々に、５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加されている。
【００５７】
図１に示すように、成膜装置１００においては、仕切壁１５４の対向面１５６に沿うように電界カーテンパネル１９０を取付部材１９１により固定している。そのため、電圧印加装置４００により交流電圧を印加すると、流路領域Ｙを流動している混合ミストに含まれる成膜材料１６０の微粒子３００が基板２００の主面側に向けて運動する。
【００５８】
その結果、対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子３００が付着することを抑制することができる。また、基板２００の主面上に成膜材料１６０の微粒子３００を堆積させることができる。よって、成膜装置１００のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料１６０の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【００５９】
本実施形態においては、対向面１５６に電界カーテンパネル１９０を設けたが、電界カーテンパネル１９０を設ける位置はこれに限られず、成膜材料１６０の付着を抑制したい位置に設ければよい。
【００６０】
なお、電界カーテンの詳細については、高畑裕基、外１名「電界カーテン上の帯電粒子の運動の解析」、静電気学会誌、２００９年５月、第３３巻、第３号、ｐ．１２１−１２７など参照。
【００６１】
以下、電界カーテンパネル１９０を有さない比較例の成膜装置と、実施形態１に係る成膜装置１００とにおいて、基板２００を成膜処理した実験例について説明する。
【００６２】
(実験例１)
図１に示すように、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚに亘って基板２００が位置するように配置した。本実験においては、搬送機構１１０による基板２００の搬送を行なわずに、基板２００を一定の位置に配置した。基板２００の大きさは１００ｍｍ角であり、噴き付け領域Ｘの大きさは８０ｍｍ角である。
【００６３】
スプレーノズル１３０をそれぞれの成膜装置において３つ設け、各スプレーノズル１３０の噴霧口と基板２００の主面との水頭差を−１５０ｍｍとした。
【００６４】
成膜装置１００においては、電圧印加装置４００により、周波数が２０ｋＨｚで出力電圧が±８ｋＶの電圧を細線電極１９３，１９４に印加して５０ｍＡの出力電流を流した。
【００６５】
加熱機構１２０であるホットプレートの設定温度を５９０℃として、６０秒間成膜した。噴き付け領域Ｘに位置する部分の基板２００の温度は、成膜処理開始直後の５９０℃程度から５００℃程度まで低下した。これは、混合ミストが基板２００の主面上に付着して気化した際に、基板２００から気化熱を奪ったためである。
【００６６】
流路領域Ｙに位置する部分の基板２００の温度は、噴き付け領域Ｘに位置する部分の基板２００の温度と比較して高くなっていた。これは、流路領域Ｙにおいて基板２００と接触する混合ミストの量が少ないことと、噴き付け領域Ｘにおいて気化した高温のガスの一部が流路領域Ｙに流入しているためである。そのため、流路領域Ｙにおいては、成膜材料１６０の付着効率が高い。
【００６７】
図６は、実施形態１の成膜装置および比較例の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。図６においては、縦軸に成膜された膜の膜厚(ｎｍ)、横軸に排気領域側の基板端部からの距離(ｍｍ)を示している。
【００６８】
図６に示すように、実施形態１の成膜装置１００および比較例の成膜装置の両方において、基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚が、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙ、排気領域Ｚの順に薄くなっている。
【００６９】
基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚は、噴き付け領域Ｘにおいては、比較例の成膜装置と実施形態１に係る成膜装置１００とで差はほとんどなかった。流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいては、比較例の成膜装置より実施形態１に係る成膜装置１００の方が、成膜された膜の膜厚が厚くなっていた。
【００７０】
これは、実施形態１の成膜装置１００において電界カーテンパネル１９０によって、成膜材料１６０の微粒子が流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいて基板２００に向けて運動させられて基板２００の主面上に堆積したためである。
【００７１】
この結果、成膜材料１６０の利用効率においては、比較例の成膜装置が１０．２％であるのに対して、実施形態１に係る成膜装置１００は１２．５％まで向上された。成膜装置１００により成膜された厚さが８００ｎｍ以上の透明導電膜のシート抵抗の測定値は、平均５０Ω／□程度であり、ヘイズ率は平均１０％であり、高品質の膜が形成されていた。
【００７２】
一方、成膜装置１００においては、仕切壁１５４の対向面１５６には、ほとんど成膜材料１６０が付着していなかった。よって、成膜装置１００ではメンテナンスの回数を低減することができる。
【００７３】
なお、電圧印加装置４００が印加する電圧の出力波形としては、パルス状凹凸波形およびサイン波形のいずれの場合も同様の効果を得ることができることを確認した。電界カーテンパネル１９０の効果は、印加される電圧の出力波形にはあまり影響されないため、たとえば、三角波形などの出力波形の電圧を印加してもよいと考えられる。
【００７４】
さらに、細線電極１９３と細線電極１９４とに印加される電圧は互いに逆位相でなくてもよく、細線電極１９３と細線電極１９４との間に種々の電界が印加されうる。よって、複数の細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加されてもよい。
【００７５】
以下、本発明の実施形態２に係る成膜装置について説明する。なお、実施形態２に係る成膜装置は、電界カーテンパネル５００および電圧印加装置６００の構成のみ実施形態１に係る成膜装置１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００７６】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係る電界カーテンパネルの構成を示す平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図８においては、簡単のため、引出し電極５０６，５０７，５０８も図示している。
【００７７】
図７，８に示すように、本実施形態に係る電界カーテンパネル５００は、絶縁体からなる基体５０１と基体５０１内に設けられた金属からなる細線電極５０２，５０３，５０４，５０５とを含む。
【００７８】
複数の細線電極５０２が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第１細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０３が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第２細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０４が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第３細線電極群が構成されている。複数の細線電極５０５が互いに所定の間隔を置いて略平行に設けられることにより第４細線電極群が構成されている。
【００７９】
平面視において、細線電極５０２と細線電極５０３と細線電極５０４と細線電極５０５とは、順に周期的に配置されている。第１細線電極群と第２細線電極群と第３細線電極群と第４細線電極群とは、基体５０１の厚さ方向に位置をずらして略平行に配置されている。本実施形態においては、１００ｍｍ角の基体５０１に、５ｍｍピッチで細線電極５０２、細線電極５０３、細線電極５０４および細線電極５０５を設けた。
【００８０】
第１細線電極群の各々の細線電極５０２は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０６と接続されている。引出し電極５０６の一部は、基体５０１内において、細線電極５０２の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第１細線電極群の各々の細線電極５０２と接続されている。また、引出し電極５０６の残部は、いずれかの細線電極５０２との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０６は、細線電極５０２と同じ材料で形成されている。
【００８１】
第２細線電極群の各々の細線電極５０３は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０７と接続されている。引出し電極５０７の一部は、基体５０１内において、細線電極５０３の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第２細線電極群の各々の細線電極５０３と接続されている。また、引出し電極５０７の残部は、いずれかの細線電極５０３との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０７は、細線電極５０３と同じ材料で形成されている。
【００８２】
第３細線電極群の各々の細線電極５０４は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０８と接続されている。引出し電極５０８の一部は、基体５０１内において、細線電極５０４の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第３細線電極群の各々の細線電極５０４と接続されている。また、引出し電極５０８の残部は、いずれかの細線電極５０４との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０８は、細線電極５０４と同じ材料で形成されている。
【００８３】
第４細線電極群の各々の細線電極５０５は、基体５０１の表面から引出された引出し電極５０９と接続されている。引出し電極５０９の一部は、基体５０１内において、細線電極５０５の並ぶ方向と略直交する方向に延在して、第４細線電極群の各々の細線電極５０５と接続されている。また、引出し電極５０９の残部は、いずれかの細線電極５０５との接点から基体５０１の厚さ方向に延在して、基体５０１の表面から突出している。引出し電極５０９は、細線電極５０５と同じ材料で形成されている。引出し電極５０６〜５０９は、電圧印加装置６００と接続されている。
【００８４】
図９は、本実施形態に係る電圧印加装置の構成を示す回路図である。図９に示すように、本実施形態に係る電圧印加装置６００は、電界制御部４１０、交流信号発生装置４２０、位相反転装置４３０，６３０、第１増幅器４５０、第２増幅器４４０、第３増幅器６５０および第４増幅器６４０を含む。
【００８５】
電界制御部４１０と接続された交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して第１増幅器４５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点４６０を介して位相反転装置４３０および第２増幅器４４０と接続されている。
【００８６】
交流信号発生装置４２０は、接点６６０を介して第３増幅器６５０と接続されている。また、交流信号発生装置４２０は、接点６６０を介して位相反転装置６３０および第４増幅器６４０と接続されている。
【００８７】
第１増幅器４５０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０６と接続されている。第２増幅器４４０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０８と接続されている。第３増幅器６５０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０７と接続されている。第４増幅器６４０は、電界カーテンパネル５００の引出し電極５０９と接続されている。
【００８８】
電圧印加装置６００から、引出し電極５０６を介して第１細線電極群の各々の細線電極５０２、引出し電極５０７を介して第２細線電極群の各々の細線電極５０３、引出し電極５０８を介して第３細線電極群の各々の細線電極５０４、および、引出し電極５０９を介して第４細線電極群の各々の細線電極５０５に交流電圧を印加することにより、いわゆる電界カーテンが形成される。
【００８９】
以下、実施形態２に係る成膜装置において、基板２００を成膜処理した実験例について説明する。
【００９０】
(実験例２)
本実施形態の成膜装置においては、電圧印加装置６００により、周波数が２０ｋＨｚで出力電圧が±８ｋＶの電圧を細線電極５０２〜５０５に印加した。４つの細線電極５０２〜５０５の各々に印加される電圧の位相差は９０度にした。
【００９１】
図１０は、実施形態２の成膜装置において成膜処理した実験結果を示すグラフである。図１０においては、縦軸に成膜された膜の膜厚(ｎｍ)、横軸に排気領域側の基板端部からの距離(ｍｍ)を示している。なお、図１０には、図６で示した比較例および実施形態１の成膜装置の実験結果も図示している。
【００９２】
図１０に示すように、実施形態２の成膜装置においても、基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚が、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙ、排気領域Ｚの順に薄くなっている。
【００９３】
基板２００の主面上に成膜された成膜材料１６０の膜厚は、噴き付け領域Ｘにおいては、比較例の成膜装置と実施形態１の成膜装置と実施形態２の成膜装置とで差はほとんどなかった。流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいては、比較例および実施形態１に係る成膜装置より実施形態２に係る成膜装置の方が、成膜された膜の膜厚が厚くなっていた。
【００９４】
これは、実施形態２の成膜装置において電界カーテンパネル５００によって、より多くの成膜材料１６０の微粒子が流路領域Ｙおよび排気領域Ｚにおいて基板２００に向けて運動させられて基板２００の主面上に堆積したためである。
【００９５】
本実施形態の成膜装置においても、対向面１５６に成膜材料１６０の微粒子３００が付着することを抑制することができる。また、基板２００の主面上に成膜材料１６０の微粒子３００を堆積させることができる。よって、成膜装置１００のメンテナンスの頻度を低減するとともに成膜材料１６０の利用効率を向上することにより成膜コストの低減を図りつつ、高品質の膜を成膜できる。
【００９６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１００ 成膜装置、１１０ 搬送機構、１１１ 搬送ベルト、１１２ プーリ、１１３ 駆動軸、１２０ 加熱機構、１３０ スプレーノズル、１４０ タンク、１４１ 通路、１５０ 筐体、１５１ 導入口、１５２ 排気口、１５３ 排気空間、１５４ 仕切壁、１５５ 開口、１５６ 対向面、１５７ 開口部、１５８ 噴霧機構配置空間、１５９ 成膜ガス噴霧空間、１６０ 成膜材料、１７０ キャリアガス、１８０ 排気ガス、１８１ 混合領域、１９０，５００ 電界カーテンパネル、１９１ 取付部材、１９２，５０１ 基体、１９３，１９４，５０２〜５０５ 細線電極、１９５，１９６，５０６〜５０９ 引出し電極、２００ 基板、３００ 微粒子、３１０ 電気力線、３２０ 静電気力、３３０ 遠心力、４００，６００ 電圧印加装置、４１０ 電界制御部、４２０ 交流信号発生装置、４３０，６３０ 位相反転装置、４４０ 第２増幅器、４５０ 第１増幅器、４６０，６６０ 接点、６４０ 第４増幅器、６５０ 第３増幅器、Ｘ 噴き付け領域、Ｙ 流路領域、Ｚ 排気領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子化した成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、
筐体と、
前記筐体内に前記成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、
前記成膜材料が前記筐体の壁面の所定箇所に付着しないように該所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構と
を備えた、成膜装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記成膜ガスを排気するための排気口を有し、
前記成膜ガスは前記筐体内において、前記成膜ガスが前記基板上に噴き付けられる噴き付け領域から、前記成膜ガスが前記基板に沿って流動する流路領域を通過して、前記成膜ガスが前記基板上から前記排気口に向かう排気領域へ流動し、
前記所定箇所が前記流路領域に位置する前記筐体の壁面である、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記噴き付け領域、前記流路領域および前記排気領域を順に通過するように前記基板を搬送する搬送機構と、
前記成膜材料が堆積する主面とは反対側の主面側から前記基板を加熱する加熱機構と
をさらに備えた、請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記電界生成機構は、絶縁体からなる基体と基体内に設けられた金属からなる細線電極とを含む、請求項１から３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記絶縁体がセラミックスである、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記金属がタングステンである、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項７】
複数の前記細線電極が略平行に設けられた、請求項４から６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】
前記細線電極に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の電圧が印加される、請求項４から７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】
複数の前記細線電極からなる細線電極群が、前記基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置され、
複数の前記細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加される、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１０】
複数の前記細線電極からなる細線電極群が、前記基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置され、
複数の前記細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加される、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１】
微粒子化した成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、
筐体と、
前記筐体内に前記成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、
前記成膜材料が前記筐体の壁面の所定箇所に付着しないように該所定箇所の近傍に電界を生成させる電界生成機構と
を備えた、成膜装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記成膜ガスを排気するための排気口を有し、
前記成膜ガスは前記筐体内において、前記成膜ガスが前記基板上に噴き付けられる噴き付け領域から、前記成膜ガスが前記基板に沿って流動する流路領域を通過して、前記成膜ガスが前記基板上から前記排気口に向かう排気領域へ流動し、
前記所定箇所が前記流路領域に位置する前記筐体の壁面である、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記噴き付け領域、前記流路領域および前記排気領域を順に通過するように前記基板を搬送する搬送機構と、
前記成膜材料が堆積する主面とは反対側の主面側から前記基板を加熱する加熱機構と
をさらに備えた、請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記電界生成機構は、絶縁体からなる基体と基体内に設けられた金属からなる細線電極とを含む、請求項１から３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記絶縁体がセラミックスである、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記金属がタングステンである、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項７】
複数の前記細線電極が略平行に設けられた、請求項４から６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】
前記細線電極に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の電圧が印加される、請求項４から７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】
複数の前記細線電極からなる細線電極群が、前記基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置され、
複数の前記細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流電圧が相互に独立して印加される、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１０】
複数の前記細線電極からなる細線電極群が、前記基体の厚さ方向に位置をずらして略平行に複数配置され、
複数の前記細線電極群の各々に５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の交流パルス電圧が相互に独立して印加される、請求項７に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１９６６２３（Ｐ２０１２−１９６６２３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２６１９（Ｐ２０１１−６２６１９）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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