(57)【要約】【課題】  熱分解式の薄膜形成装置において、基板の温度制御に要する時間を短縮し、生産性やエネルギー効率の向上を図る。【解決手段】  薄膜形成装置１０は、液状の原料を基板１１上で熱分解させることにより基板１１上に薄膜を形成する。薄膜形成装置１０は、基板１１に対して熱分解用の熱を供給する熱源体１５と、基板１１に向けて液状の原料を噴霧するノズル３９と、熱源体１５から基板１１に伝わる熱を制御する熱制御装置３１，３５と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の原料を基板上で熱分解させることにより基板上に薄膜を形成する装置であって、
前記基板に対して前記熱分解用の熱を供給する熱源体と、
前記基板に向けて前記液状の原料を噴霧するノズルと、
前記熱源体から前記基板に伝わる熱を制御する熱制御装置と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記熱制御装置は、前記熱源体と前記基板との相対距離を調整する熱源距離調整機構を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記熱制御装置は、前記熱源体と前記基板との間に挿脱自在に配され、前記熱源体から前記基板への熱の伝達を抑制する遮熱シャッタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記熱源体を断熱材で覆い断熱することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記熱制御装置は、前記基板に対して冷却用のガスを供給する冷却ガス供給機構を有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記ノズルと前記基板との相対距離を制御する噴霧距離調整機構を有することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の原料を基板上で熱分解させることにより基板上に薄膜を形成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液状の原料を基板上で熱分解させることにより、析出した固形分を基板上に堆積させて薄膜を形成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この熱分解式の薄膜形成技術は、ＣＶＤ法に比べて処理コストが低く、例えばフラットパネルディスプレイ、太陽電池、半導体デバイス等の製造過程に用いられることが期待されている。またこの技術では、熱分解に伴って基板の温度が低下しやすいことから、熱分解が適切に生じるように処理温度の管理が重要である。
【０００３】
熱分解式の薄膜形成装置としては、熱源体上に載置した基板に対して原料を噴霧して基板上に薄膜を形成するとともに、その噴霧を間欠的に行うことで基板の温度変化を抑えるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、下部に熱源体を備える基板載置台上に基板を載置し、超音波により発生させたエアロゾルを基板上に供給して薄膜を形成するとともに、基板に到達する前のエアロゾルをマイクロ波等で予熱することにより基板の温度変化を抑える技術がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、熱源体上に載置した基板に対して液状の原料を噴霧して基板上で薄膜を堆積させるとともに、噴霧した原料を赤外線ランプ等で予熱することにより基板の温度変化を抑える技術がある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特許第３２７１９０６号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８８５号公報
【特許文献３】特開２００３−１３８３７６号公報
【特許文献４】特開２００３−３２３８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術では、熱源体上に基板を配置し、熱源体の温度を変化させることにより、基板を昇温あるいは冷却している。しかしながら、熱源体は基板に比べて熱容量が一般に大きいことから、温度制御に多くの時間を要すると同時に大きなエネルギーを必要とする。その結果、基板の温度制御にも多くの時間を要してしまい、エネルギー的にも損失が多い。
また、原料を予熱する技術は、原料が基板に到達する前に粉末化させないなどの予熱温度の管理が難しいことや、熱分解時の吸熱分を予熱で補うのは難しいといった温度制御上の問題がある。
例えば、特許文献３、４の技術では、予熱をしすぎると原料の溶媒が気化してしまい、ガラス基板に到達する前に原料が固体粉末となってしまうおそれがある。吸熱が一番大きいのは気化熱であるので、予熱効果は効果的ではない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱分解式の薄膜形成装置において、基板の温度制御に要する時間を短縮し、生産性やエネルギー効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の薄膜形成装置は、液状の原料を基板上で熱分解させることにより基板上に薄膜を形成する装置であって、前記基板に対して前記熱分解用の熱を供給する熱源体と、前記基板に向けて前記液状の原料を噴霧するノズルと、前記熱源体から前記基板に伝わる熱を制御する熱制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この薄膜形成装置では、熱源体から基板に伝わる熱が熱制御装置によって制御されることから、熱源体の温度を変化させなくても基板の温度を調整することが可能である。その結果、基板の温度制御に要する時間の短縮化が図られる。また、熱源体に対する温度制御の簡略化等により、エネルギー損失の低減が可能となり、エネルギー効率の向上が図られる。
【００１０】
例えば、前記熱制御装置は、前記熱源体と前記基板との相対距離を調整する熱源距離調整機構を有するとよい。
この構成によれば、熱源体と基板との相対距離が調整されることにより、熱源体の温度を変化させなくても、その相対距離に応じて熱源体から基板に伝わる熱が制御される。
【００１１】
また、前記熱制御装置は、前記熱源体と前記基板との間に挿脱自在に配され、前記熱源体から前記基板への熱の伝達を抑制する遮熱シャッタを有するとよい。
この構成によれば、遮熱シャッタによって熱源体から基板への熱の伝達が抑制されることにより、熱源体の温度を変化させなくても、基板を速やかに冷却することが可能となる。また、遮熱シャッタによって熱源体からの熱漏れが抑制され、エネルギー損失が低減される。
【００１２】
また、前記熱源体を断熱材で覆い断熱するのが好ましい。
これにより、エネルギー損失がより確実に低減される。
【００１３】
また、前記熱制御装置は、前記基板に対して冷却用のガスを供給する冷却ガス供給機構を有するとよい。
この構成によれば、基板に対して冷却ガスを供給することにより、基板をより速やかに冷却することが可能となる。
【００１４】
また、上記の薄膜形成装置において、前記ノズルと前記基板との相対距離を制御する噴霧距離調整機構を有するとよい。
この構成によれば、原料噴霧用のノズルと基板との相対距離が制御されることにより、熱分解反応の最適化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の薄膜形成装置によれば、熱源体から基板に伝わる熱を熱制御装置によって制御することにより、基板の温度制御に要する時間を短縮し、生産性の向上を図ることができる。また、熱源体に対する温度制御の簡略化等により、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の薄膜形成装置の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の薄膜形成装置の実施の形態例の全体構成を示す図である。本例の薄膜形成装置は、液状の薄膜原料を加熱した基板に直接吹き付けて基板上で原料を熱分解させる、いわゆるスプレー熱分解法（ＳＰＤ法）を用いた薄膜形成装置である。
【００１７】
図１において、薄膜形成装置１０は、処理空間を形成するチャンバ１２、基板１１（ワーク）を搬送する基板搬送部１３、チャンバ１２内で基板１１を保持する基板保持部１４、基板１１に対して熱分解用の熱を供給する熱源体１５、基板１１に対して薄膜原料を供給する原料供給部１６、及び制御部１７等を含んで構成されている。
【００１８】
基板１１としては、シリコン基板、石英基板などの種々の基板を用いることが可能であるが、本例ではガラス基板を用いる。ガラス基板における耐熱温度、耐熱衝撃性などの材料特性は、形成すべき薄膜の性状に応じて適宜定められている。
【００１９】
チャンバ１２には、基板１１を出し入れするための開閉扉２０と、チャンバ１２内の余分なガスを排気するための排気口２１とが設けられている。排気口２１には、不図示のファンに接続された排気管２２が接続されており、この排気管２２には不図示のフィルタが配設されている。
【００２０】
基板搬送部１３は、チャンバ１２の外部と基板保持部１４との間で基板１１を搬送するものであり、基板１１を保持・搬送するローダ／アンローダ２５を含む。チャンバ１２の開閉扉２０は、ローダ／アンローダ２５によって基板１１を出し入れする時には開状態となり、薄膜形成処理時には閉状態となる。
【００２１】
基板保持部１４は、熱源体１５の上方で基板１１を保持する保持機構３０、保持機構３０に保持された基板１１を熱源体１５に対して相対的に移動させる昇降機構３１、及び基板１１の温度を計測する温度センサ３２等を含んで構成されている。保持機構３０は、チャック等の保持手段により基板１１の縁部を保持する。昇降機構３１は、モータ等の駆動装置３３や不図示の昇降ガイド等を有しており、保持機構３０を上下移動（昇降）させることにより熱源体１５に対して基板１１を接触させたり離したりする。温度センサ３２は、熱電対等からなり、その計測データは制御部１７に送られる。本例では、昇降機構３１における動作タイミングや基板１１と熱源体１５との距離が制御部１７により制御される。
【００２２】
熱源体１５は、基板１１を薄膜形成に適した所定温度（例えば、５００℃程度）に加熱するものであり、形成すべき薄膜の性状に応じて出力が定められた電気ヒータ等が用いられる。チャンバ１２内の下部には、断熱材等の壁で仕切られた断熱空間１９が形成されており、この断熱空間１９内に熱源体１５が配置されている。熱源体１５の温度は制御部１７により制御される。
【００２３】
断熱空間１９は、遮熱シャッタ３５を介して開閉される開口１９ａを有しており、熱源体１５の一面（加熱面１５ａ）がこの開口１９ａに近づけて配されている。遮熱シャッタ３５は、熱源体１５と基板１１との間に挿脱自在に配されている。具体的には、遮熱シャッタ３５は、例えば、断熱材を内部に収容した金属製の板状部材からなり、不図示の開閉機構によって移動自在に支持され、駆動装置３７を介して開閉駆動される。遮熱シャッタ３５の開閉タイミングは制御部１７により制御される。なお、基板１１の加熱時には遮熱シャッタ３５が開状態となり、上記昇降機構３１を介して熱源体１５の加熱面１５ａに対して基板１１の裏面（薄膜形成面と反対面）が接触あるいは近づけられる。
【００２４】
原料供給部１６は、液状の薄膜原料を基板１１に対して噴霧供給するものであり、原料供給配管３８、ノズル３９、及び噴霧距離調整機構４０等を含んで構成されている。薄膜原料は、不図示のタンクに貯溜されており、不図示のポンプによって原料供給配管３８内を送られ、ノズル３９から基板１１に向けて吹き付けられる。噴霧距離調整機構４０は、モータ等の駆動装置４１や不図示の移動ガイド等を有しており、ノズル３９を上下移動させることにより基板１１とノズル３９との距離を変化させる。ノズル３９からの原料の供給のタイミングや原料供給量、基板１１とノズル３９との距離は制御部１７により制御される。
【００２５】
次に、上記構成の薄膜形成装置１０の動作について説明する。
まず、制御部１７は、熱源体１５の加熱面１５ａを所定の温度（例えば、５００℃程度）に調整する。続いて、制御部１７は、チャンバ１２の開閉扉２０を開き、ローダ／アンローダ２５によって薄膜形成用の基板１１をチャンバ１２内に搬入し、保持機構３０に設置する。基板１１の設置後、制御部１７は、ローダ／アンローダ２５をチャンバ１２内から外に出すと、チャンバ１２の開閉扉２０を閉じる。
【００２６】
次に、制御部１７は、遮熱シャッタ３５を開き、昇降機構３１を介して基板１１を下降させ、基板１１の裏面と熱源体１５の加熱面１５ａとを接触させる。さらに、温度センサ３２を介して基板１１の温度を計測し、基板１１が所定の温度に達すると、ノズル３９から薄膜原料を基板１１表面に対して吹き付ける。これにより、液状の原料が基板１１上で熱分解され、析出した固形分が基板１１上に堆積し、薄膜が形成される。
【００２７】
このとき、制御部１７は、熱分解反応（熱分解条件）の最適化を目的として、熱源体１５の温度、原料の供給間隔や原料供給量、基板１１とノズル３９との距離（噴霧距離）、並びに基板１１と熱源体１５との距離（熱源距離）の少なくとも１つを適宜調整する。薄膜形成時においては基板１１の温度管理が特に重要であることから、制御部１７は、温度センサ３２の計測結果に基づいて、基板１１の温度が所定の温度域から外れないように、上記調整を行う。なお、噴霧距離の調整は噴霧距離調整機構４０によって行い、熱源距離は昇降機構３１によって行う。
【００２８】
次に、所定の時間、回数、量の原料噴霧が行われた後、制御部１７は、ノズル３９からの原料供給を停止する。さらに、昇降機構３１を介して基板１１を上昇させて熱源体１５から基板１１を離すとともに、遮熱シャッタ３５を閉状態とする。熱源体１５と基板１１との間に遮熱シャッタ３５が配されることにより、熱源体１５から基板１１への熱伝達が抑制され、基板１１が速やかに冷却される。なお、熱源体１５の温度は薄膜形成処理時とほぼ同じ温度（例えば、５００℃程度）に保ったままである。
【００２９】
次に、制御部１７は、温度センサ３２の計測結果に基づいて、基板１１が所定の温度以下になると、チャンバ１２の開閉扉２０を開く。そして、薄膜が形成された基板１１をローダ／アンローダ２５によってチャンバ１２内から外に搬出する。その後、次の基板１１をチャンバ１２内に搬入し、上記と同様の処理を繰り返す。なお、熱源体１５の温度は、薄膜形成処理温度（例えば、５００℃程度）のままであり、新たな基板１１に対して改めて熱源体１５を昇温する必要はない。
【００３０】
このように、本例の薄膜形成装置１０によれば、薄膜形成処理後の基板１１の冷却時において、熱源体１５から基板１１を離すことから、熱源体１５から基板１１への熱の伝達が抑制され、基板１１の冷却が短時間で行われる。しかも、熱源体１５と基板１１との間に遮熱シャッタ３５を配することにより、熱源体１５から基板１１への熱の伝達がより確実に抑制される。
【００３１】
また、本例の薄膜形成装置１０によれば、複数の基板１１を処理する際においても、熱源体１５の温度を一定に保ったままでよく、基板１１ごとに熱源体１５の温度を上昇させたり降下させたりする必要がない。そのため、処理時間の短縮化が図られ、高い生産性を得ることができる。また、熱源体１５に対する温度制御の簡略化等により、エネルギー損失の低減が可能となり、エネルギー効率の向上が図られる。
【００３２】
ここで、薄膜形成処理時の基板１１の温度制御について説明する。
前述したように、本例の薄膜形成装置１０では、基板１１の温度が所定の温度域から外れないように、熱源体１５の温度、原料の供給間隔や原料供給量、基板１１とノズル３９との距離（噴霧距離）、並びに基板１１と熱源体１５との距離（熱源距離）の少なくとも１つの調整を行う。すなわち、原料の熱分解時には、気化熱や分解潜熱による吸熱反応が生じることから、基板１１の温度が所定の温度域から外れないように、例えば、熱源体１５の温度を制御したり、温度低下した基板１１の温度が上昇するまで原料供給を停止したり原料供給量を減らしたりする。
【００３３】
あるいは、基板１１と熱源体１５との距離（熱源距離）を調整することにより、基板１１の温度を一定に保つようにしてもよい。具体的には、例えば、温度センサ３２の計測結果に基づいて、基板１１の温度が目標値に対して高くなると熱源距離を長くし、低くなると熱源距離を短くする。この場合、原料噴霧を連続的に行うことが可能となり、原料噴霧を間欠的に行う処理に比べて、所望の膜厚の薄膜を得るまでの処理時間の短縮化が図られる。
【００３４】
なお、薄膜原料としては、二酸化スズなど公知の様々なものが適用可能である。例えば、ガラス基板上に透明電極（ＦＴＯ、ＩＴＯ等）の薄膜を形成したものは、フラットパネルディスプレイ、太陽電池（ソーラパネル）の製造に利用することが可能である。
この他、本発明の技術は、半導体デバイス、タッチセンサ、防眩ミラーなどの様々な分野の製造過程に適用可能である。
【００３５】
図２は、本発明の薄膜形成装置の実施の他の形態例の全体構成を示す図である。なお、本例において、上述した実施例と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００３６】
本例の薄膜形成装置５０は、先の図１に示した形態例と異なり、熱源体１５を昇降させる昇降機構５１と、基板１１に対して冷却用のガスを供給する冷却ガス供給機構５２とを備えている。
【００３７】
昇降機構５１は、モータ等の駆動装置５３や不図示の昇降ガイド等を有しており、熱源体１５を上下移動（昇降）させることにより、基板１１に対して熱源体１５を接触させたり離したりする。また、冷却ガス供給機構５２は、空気、窒素ガスなどの所定ガスを基板１１に吹き付けるものであり、ガス供給配管５５、ノズル５６等を含んで構成されている。
【００３８】
本例の薄膜形成装置５０では、薄膜形成時において、遮熱シャッタ３５を開き、昇降機構５１を介して熱源体１５を上昇させ、基板１１の裏面と熱源体１５の加熱面１５ａとを接触させる。そして、薄膜形成後、昇降機構５１を介して熱源体１５を下降させて基板１１から熱源体１５を離すとともに、遮熱シャッタ３５を閉状態とする。これにより、先の図１の例と同様に、基板１１の冷却時間などの温度制御に要する時間の短縮化が図られる。
【００３９】
なお、熱源体１５と基板１１との距離（熱源距離）を変化させる際、先の図１の例では基板１１を昇降させるのに対し、本例の薄膜形成装置５０では、熱源体１５を昇降させる。そのため、本例の薄膜形成装置５０では、熱源距離を調整して基板１１の温度を制御する際に、ノズル３９と基板１１との距離を一定に保ち、熱分解条件の最適化を図りやすいという利点を有する。
【００４０】
また、本例の薄膜形成装置５０では、薄膜形成処理後の基板１１の冷却時において、基板１１と熱源体１５とを離間させることに加えて、冷却ガス供給機構５２を介して基板１１に対して冷却ガスを供給する。これにより、基板１１をより速やかに冷却することが可能となる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の薄膜形成装置の実施の形態例の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の薄膜形成装置の実施の他の形態例の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，５０…薄膜形成装置、１１…基板、１２…チャンバ、１３…基板搬送部、１４…基板保持部、１５…熱源体、１６…原料供給部、１７…制御部、１９…断熱空間、３０…保持機構、３１…昇降機構（熱源距離調整機構、熱制御装置）、３２…温度センサ、３５…遮熱シャッタ（熱制御装置）、３６…開閉機構、３９…ノズル、４０…噴霧距離調整機構、５１…昇降機構（熱源距離調整機構、熱制御装置）、５２…冷却ガス供給機構。
【図１】
2006009123.tif 000003
【図２】
2006009123.tif 000004