(57)【要約】【課題】より均一な膜厚で成膜が可能な成膜装置、及び、成膜方法を提供する。【解決手段】ワーク（２）を載置する載置台（３）と、載置台に載置されたワークに対向して配置され、膜材料（７）を吐出するノズル（９）と、ノズルに電圧を付与する電源部（６）と、を備え、ノズルと載置台との間に電位差を生じさせ、載置台上のワークとノズルとを相対移動させながらノズルから帯電した膜材料をワークに向けて吐出させる成膜装置であって、載置台と前記ワークとの間に、ノズルと載置台との間の電位差を抑制する絶縁体（１８）が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを載置する載置台と、
前記載置台に載置された前記ワークに対向して配置され、膜材料を吐出するノズルと、
前記ノズルに電圧を付与する電源部と、
を備え、前記ノズルと前記載置台との間に電位差を生じさせ、前記載置台上の前記ワークと前記ノズルとを相対移動させながら前記ノズルから帯電した前記膜材料を前記ワークに向けて吐出させる成膜装置であって、
前記載置台と前記ワークとの間に、前記ノズルと前記載置台との間の電位差を抑制する絶縁体が設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記絶縁体は、交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ワークと前記吐出部との相対移動方向における前記ワークの最大幅をＷｗとし、前記相対移動方向における前記絶縁体の幅をＷｉとしたとき、０．２５Ｗｗ＜Ｗｉ＜Ｗｗを満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記絶縁体は、当該絶縁体の厚さ方向を貫通した除去部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記載置台は導電性を有し、接地されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
ワークを載置する載置台と、前記載置台に載置された前記ワークに対向して配置され、膜材料を吐出するノズルと、前記ノズルに電圧を付与する電源部と、を備え、前記ノズルと前記載置台との間に電位差を生じさせ、前記載置台上の前記ワークと前記ノズルとを相対移動させながら前記ノズルから帯電した前記膜材料を前記ワークに向けて吐出させる成膜方法であって、
前記載置台と前記ワークとの間に設けた絶縁体により、前記ノズルと前記載置台との間の電位差を制御することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ上に配置されたワークに向けてノズルから帯電した膜材料を吐出してワーク表面に被膜を形成する成膜装置、及び、成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シリコン基板等のワークの表面にレジストや保護膜等の被膜を成膜する用途等に静電塗布装置が用いられている。この静電塗布装置では、膜材料に電圧を印加して帯電させることにより、ノズルから吐出された膜材料が静電気力により反発し合ってミスト化され、当該ミスト、即ち微粒子がワークの表面に付着することで成膜が行われる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６７５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ワークとノズルとの位置をそれぞれ固定した状態で上記の成膜が行われる構成では、ワークにおける中心部と外周部とでノズルからの距離が異なるため、膜厚を均一にすることが難しいという問題があった。上記特許文献１の構成では、ステージ側にノズルとワークとの間の電界を制御するために複数の電界制御用電極を同心円状に設けたり、ノズルとステージとの間に帯電した微粒子の通過量を制御するグリッド上の電極を設けたりすることで膜厚を制御しているが、装置が大型化及び複雑化する上、種々の形状・大きさのワークや種々の成膜パターンに対応することが難しいという問題があった。また、ステージ上のワークとノズルとを相対的に移動させながら、即ち、走査させながら成膜を行う構成では、走査方向を変換する領域においては加減速により走査速度が一定にならないため、走査速度が一定の領域と比較して膜厚が厚くなるという問題があった。このため、ワークの中心側よりもワークの外周側において膜厚が厚くなる傾向があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より均一な膜厚で成膜が可能な成膜装置、及び、成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の成膜装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ワークを載置する載置台と、
前記載置台に載置された前記ワークに対向して配置され、膜材料を吐出するノズルと、
前記ノズルに電圧を付与する電源部と、
を備え、前記ノズルと前記載置台との間に電位差を生じさせ、前記載置台上の前記ワークと前記ノズルとを相対移動させながら前記ノズルから帯電した前記膜材料を前記ワークに向けて吐出させる成膜装置であって、
前記載置台と前記ワークとの間に、前記ノズルと前記載置台との間の電位差を抑制する絶縁体が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の成膜装置によれば、ワークにおいて載置台との間に絶縁体が設けられた部分では、載置台との間に絶縁体が設けられていない部分と比較して膜材料の付着量を増加させることができる。このため、ワークに形成される被膜の膜厚を絶縁体の有無によって制御することが可能となる。
【０００８】
上記構成において、前記絶縁体は、交換可能であることが望ましい。
【０００９】
当該構成によれば、ワークの種々の大きさ・形状、或は、ワークに形成する被膜の種々の成膜パターンに対応することが可能であり、汎用性が向上する。
【００１０】
また、上記構成において、前記ワークと前記吐出部との相対移動方向における前記ワークの最大幅をＷｗとし、前記相対移動方向における前記絶縁体の幅をＷｉとしたとき、０．２５Ｗｗ＜Ｗｉ＜Ｗｗを満たすことが望ましい。
【００１１】
当該構成によれば、ワークにおける被膜の膜厚をより均一化することが可能となる。
【００１２】
さらに、上記構成において、前記絶縁体は、当該絶縁体の厚さ方向を貫通した除去部を有する構成を採用することができる。
【００１３】
当該構成によれば、ワークにおいて絶縁体の除去部に対応する領域の膜厚よりも除去部以外の絶縁体が設けられた領域の膜厚をより厚くすることが可能となる。これにより、ワークにおける必要な領域に膜材料を集中的に付着させて成膜することができる。
【００１４】
さらに、上記構成において、前記載置台は導電性を有し、接地されている構成を採用することが望ましい。
【００１５】
当該構成によれば、ノズルと載置台との間の電位差をより安定させることができるので、ワークに形成される被膜の膜厚の均一化に寄与する。
【００１６】
また、本発明の成膜方法は、ワークを載置する載置台と、前記載置台に載置された前記ワークに対向して配置され、膜材料を吐出するノズルを有する吐出部と、前記ノズルに電圧を付与する電源部と、を備え、前記ノズルと前記載置台との間に電位差を生じさせ、前記載置台上の前記ワークと前記吐出部とを相対移動させながら前記ノズルから帯電した前記膜材料を前記ワークに向けて吐出させる成膜方法であって、
前記載置台と前記ワークとの間に設けた絶縁体により、前記ノズルと前記載置台との間の電位差を制御することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の成膜装置の一形態の構成を説明する模式図である。
【図２】成膜時におけるノズルとワークとの相対移動の軌跡を示した図である。
【図３】従来の成膜装置によりワークに成膜が行われた場合における膜厚分布について説明する模式図である。
【図４】図３における第１方向の断面図である。
【図５】本発明に係る成膜装置によってワークに成膜が行われた場合における膜厚分布について説明する模式図である。
【図６】図５における第１方向の断面図である。
【図７】本発明に係る成膜装置における走査位置に応じたミストの広がりについて説明する模式図である。
【図８】第２の実施形態におけるワーク、絶縁体、ステージの第１方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る成膜装置１の一形態の構成を示す図である。本実施形態における成膜装置１は、ワーク２が載置されるステージ３（本発明における載置台に相当）、膜材料７を吐出するノズル９を有する吐出部４、吐出部４に膜材料７を供給する膜材料供給部５、及び、吐出部４のノズル９から吐出される膜材料７に電圧を印加する電源部６を備えている。ワーク２は、例えば、シリコン等の半導体、若しくは、ステンレス鋼等の導体からなる基板である。本実施形態においては、平面視において円形を呈するシリコン基板がワーク２とされる。ワーク２の形状は円形には限られず、ステージ３の載置面１２に配置可能な種々の形状・大きさのものに対応することができる。本実施形態における膜材料７としては、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂を主成分として光重合開始剤等を含む熱硬化性樹脂を溶媒に含ませた液材が用いられる。膜材料７としては、ワーク２に被膜を形成することが可能な種々の組成のものを用いることができる。この膜材料７は、膜材料供給部５からポンプ等の駆動により吐出部４に供給されるように構成されている。
【００２０】
吐出部４は、膜材料７を貯留する膜材料貯留部８と、当該膜材料貯留部８から供給される膜材料７をステージ３上のワーク２に向けて吐出する金属製のノズル９と、当該ノズル９に電圧を印加するための電極部１０と、を有している。膜材料貯留部８は、膜材料供給部５から膜材料７を受けて当該膜材料７をノズル９に供給する。ノズル９は、膜材料７が吐出される先端をステージ３上のワーク２に対向させた状態で配置されている。本実施形態において、ステージ３に対するノズル９の位置は固定されている。電極部１０には電源部６が電気的に接続されており、ノズル９内の膜材料７にプラスの電圧を印加する。本実施形態においては、電源部６により数〔ｋＶ〕から十数〔ｋＶ〕の範囲内の電圧が電極部１０に印加される。これにより、ノズル９から吐出される膜材料７がプラスに帯電する。この際の印加電圧は、膜材料７の帯電しやすさや表面張力に応じて定められる。
【００２１】
本実施形態におけるステージ３は、図示しない駆動機構により載置面１２に水平な面内で吐出部４に対して相対移動するように構成されている。このステージ３は、金属等の導電性を有する部材から構成されて接地されている。また、ステージ３は、ワーク２を載置する載置面１２を備え、当該載置面１２とワーク２との間に絶縁体１８が着脱可能に配設される。即ち、この絶縁体１８は交換可能となっている。絶縁体１８の詳細については後述する。
【００２２】
上記のように、吐出部４にはプラスの電圧が印加されるのに対し、ステージ３は接地されているため、ノズル９とステージ３との間には電位差が生じる。これにより、電圧の印加によりプラスに帯電した膜材料７が静電気力によりノズル９の先端から液滴として吐出される。ノズル９から吐出された液滴は、ワーク２側に向けて少し進んだところで分裂（即ち、レイリー分裂）して微細化し、さらに微細化された液滴同士がクーロン力により反発し合ってミスト化する。図１に示されるように、プラスに帯電した膜材料７のミストＭは、接地されたステージ３側に引き寄せられてワーク２に付着し、この付着した膜材料７の溶媒が揮発してワーク２の表面に被膜１７（図４及び図６参照）が形成される。
【００２３】
図２は、成膜時におけるノズル９とワーク２との相対移動の軌跡を示した図である。本実施形態においては、上記のように吐出部４のノズル９から膜材料７をステージ３上のワーク２に向けて吐出させつつ、第１方向Ｘ（本発明における相対移動方向に相当）における主走査と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙにおける副走査とを繰り返しながらワーク２の表面全体に成膜が行われる。第１方向Ｘにおける１回の主走査（以下、単位走査と言う）は、ワーク２の第１方向Ｘにおける最大幅Ｗｗ、即ち、本実施形態においては直径Ｄよりも少し長い走査範囲Ｒｘに設定される。第２方向Ｙにおける副走査が行われる範囲も、同様にワーク２の第２方向Ｙにおける全長Ｌｗ、即ち、本実施形態においては直径Ｄよりも少し長い走査範囲Ｒｙに設定される。そして、第１方向Ｘにおける単位走査が行われる毎に、ステージ３と吐出部４とが第２方向Ｙに所定距離だけ相対移動し、即ち、副走査が行われ、続いて第１方向Ｘにおける反対側に向けて次の単位走査が行われる。このように、単位走査間の走査方向の変換はワーク２よりも外側の領域で行われる。
【００２４】
図３は、従来の成膜装置によりワーク２に成膜が行われた場合における膜厚分布について説明する模式図であり、載置面１２に直交する第３方向Ｚから見た図である。また、図４は、図３におけるワーク２の第１方向Ｘの断面図である。図３において、各マス目の色の濃度によってそれぞれの部分における被膜１７の相対的な膜厚が示されている。即ち、色が濃い部分ほど膜厚がより厚く、色が薄い部分ほど膜厚がより薄くなっている（なお、図５も同様）。第１方向Ｘにおける濃度分布において、ワーク２の中心側ではマス目の色が薄く、ワーク２の外周側ではマス目の色が濃くなっており、濃度差が大きい。このため、第１方向Ｘにおける膜厚分布において、ワーク２の中心側と外周側とで膜厚の差が大きいことがわかる。その一方で、第２方向Ｙにおける濃度分布では、第１方向Ｘにおける濃度分布と比較してワーク２の中心側と外周側とで濃度差は小さい。即ち、第２方向Ｙにおける膜厚分布では、第１方向Ｘにおける膜厚分布と比較して膜厚の差は小さい。
【００２５】
第１方向Ｘにおける膜厚分布に関し、上述したように、第１方向Ｘにおける単位走査間の走査方向の変換はワーク２よりも外側の領域で行われるが、この領域では方向変換のための加減速が行われることにより、相対速度が一定の領域（即ち、ノズル９がワーク２に対向する範囲）と比較してミストの濃度が高くなる。そして、この走査方向の変換が行われる領域で吐出された膜材料７のミストの一部がステージ３側に引き寄せられてワーク２の外周側に付着することで膜厚が中央部よりも厚くなると考えられる。このような問題に対し、ステージ３をより大きくすることでワーク２からより離れた位置で走査方向の変換が行われるようにする構成も考えられるが、当該構成では装置全体が大型化するという問題がある。また、ノズル９とワーク２との相対位置に応じて相対移動速度、膜材料７の吐出量、或は、ノズル９に印加される電圧の大きさを制御することも考えられるが、制御が複雑化し、また、種々のワーク２への対応が困難であるという問題がある。さらに、ノズル９に対するワーク２の位置や走査方向を異ならせて成膜を複数回繰り返すことにより膜厚を均一化することも考えられるが、その分、成膜時間が長くなってしまう問題があった。
【００２６】
そこで、本発明に係る成膜装置１及び当該成膜装置１を用いた成膜方法では、ステージ３の載置面１２とワーク２との間に、絶縁体１８を着脱可能に配置して、当該絶縁体１８によりノズル９とステージ３との間の電位差を抑制することで、ワーク２に形成された被膜１７の膜厚の均一化が図られている。本実施形態において、絶縁体１８としては、ポリイミド製の薄手のシートが用いられる。このように絶縁体１８を用いてノズル９とステージ３との間の電位差を抑制することで、ノズル９から吐出される膜材料７のミストＭの広がり方が変わり、これによりワーク２に形成される被膜１７の厚さを制御することができる。以下、この点について説明する。
【００２７】
図５は、本発明に係る成膜装置１によってワーク２に成膜が行われた場合における膜厚分布について説明する模式図であり、第３方向Ｚから見た平面図である。また、図６は、図５におけるワーク２の第１方向Ｘの断面図である。さらに、図７は、本発明に係る成膜装置１における走査位置に応じたミストＭの広がりについて説明する模式図である。なお、図５においてワーク２内の破線で示される範囲は、絶縁体１８が設けられた範囲を示している。また、図７では、ステージ３及びワーク２に対するノズル９の位置と、それぞれの位置におけるノズル９とステージ３との間の電位差を示すグラフとが対応付けて示されている。図７に示されるように、ステージ３におけるワーク２との間に絶縁体１８が設けられていない領域Ｂにおける電位差をＥｂとしたとき、ステージ３におけるワーク２との間に絶縁体１８が設けられている領域Ａにおける電位差Ｅａは、Ｅｂよりも小さくなる。ノズル９とステージ３との間の電位差が小さくなることで、ノズル９から吐出される膜材料７の帯電量が低下し、これにより、ノズル９から吐出される膜材料７の液滴が分裂及び反発しにくくなり、ミストＭの拡散する範囲も領域Ｂの場合と比較して小さくなる。このため、絶縁体１８が設けられた場合、絶縁体１８が設けられていない場合と比較して、ワーク２の単位面積当たりの膜材料７の付着量（換言すると付着密度）が増加する。また、ワーク２及びステージ３の載置面１２から外れた領域Ｃでは、載置面１２から離れるに連れて電位差が小さくなるので、ミストＭの拡散する範囲も載置面１２から離れるに連れて狭くなる。そして、領域Ｂでは、領域Ａの場合と比較してミストＭの拡散する範囲が広がるが、上述したように、領域Ｃにおける走査方向の変換時に吐出された膜材料７のミストの一部がステージ３側に引き寄せられてワーク２の外周側に付着するため、絶縁体１８を設けない従来構成と比較して、図５及び図６に示されるように、ワーク２の中央部と外周部との間において被膜１７の膜厚の差が小さくなり、より均一な膜厚で被膜１７を形成することが可能となる。即ち、第１方向Ｘにおける濃度分布では、図３に示される従来の場合と比較して濃度差が小さく、第１方向Ｘにおける膜厚分布において、ワーク２の中心側と外周側とで膜厚の差が小さくなっている。また、第２方向Ｙにおける膜厚分布においても膜厚に大きさ差は見られない。
【００２８】
このように、ワーク２に形成される被膜１７の膜厚を、ステージ３とワーク２との間の絶縁体１８の有無によって制御することが可能となる。載置面１２に直交する第３方向Ｚから見た平面視における絶縁体１８の形状に関し、図５に示されるように、本実施形態においては、第２方向Ｙに長尺な略長方形状を呈している。この絶縁体１８の第１方向Ｘにおける寸法Ｗｉに関し、ワーク２の第１方向Ｘにおける最大幅Ｗｗ（即ち、本実施形態においては直径Ｄ）に対して、０．２５Ｗｗ＜Ｗｉ＜Ｗｗの範囲に設定される。例えば、ワーク２の最大幅Ｗｗが２００〔ｍｍ〕であった場合、絶縁体１８の第１方向Ｘにおける寸法Ｗｉは、５０＜Ｗｉ＜２００〔ｍｍ〕の範囲に設定される。絶縁体１８の寸法Ｗｉが０．２５Ｗｗ以下の場合、ワーク２の中央部と外周部との間にこれらの領域における膜厚よりも膜厚が薄い領域が生じてしまうため、膜厚がばらついてしまう。また、絶縁体１８の寸法ＷｉがＷｗ以上の場合、ワーク２の第１方向Ｘにおける全範囲においてノズル９とステージ３との間の電位差が抑制されてしまうため、成膜効率が低下する上、ノズル９から吐出された膜材料７がミストとして広がることができないため、ミストよりも大きい液滴状の状態でワーク２に付着する可能性が高くなり、被膜１７の表面に凹凸が生じる虞がある。同様の理由から、絶縁体１８の第２方向Ｙにおける寸法Ｌｉに関し、ワーク２の第２方向Ｙにおける全長Ｌｗ（即ち、本実施形態においては直径Ｄ）に対して、０．８Ｌｗ＜Ｌｉ＜Ｌｗの範囲に設定される。例えば、ワーク２の全長Ｌｗが２００〔ｍｍ〕であった場合、絶縁体１８の第２方向Ｙにおける寸法Ｌｉは、１６０＜Ｌｉ＜２００〔ｍｍ〕の範囲に設定される。
【００２９】
このような範囲の寸法を有する絶縁体１８を用いることにより、第１方向Ｘにおける単位走査間の走査方向の変換に起因する膜厚のばらつきを低減することが可能となり、ワーク２における被膜１７の膜厚をより均一化することが可能となる。このため、ワーク２の大きさに対してステージ３を大型化する必要が無いため、成膜装置１全体の大型化を招くことが無い。また、膜厚の制御のためにノズル９とワーク２との相対位置に応じて相対移動速度、膜材料７の吐出量、或は、ノズル９に印加される電圧の大きさを変更する制御が不要となる。さらに、ノズル９に対するワーク２の位置や走査方向を異ならせて成膜を複数回繰り返す必要が無く、成膜時間を短縮することが可能となる。そして、絶縁体１８を交換することにより、ワーク２の種々の大きさ・形状、或は、ワーク２に形成する被膜１７の種々の成膜パターンに対応することが可能であり、汎用性が向上する。本実施形態においては、電源部６によりノズル９にプラスの電圧を印加する一方で、ステージ３を接地しているので、例えばステージ３に定電圧を印加する構成と比較して回路構成が簡略化されてノズル９とステージ３との間の電位差をより安定させることができるので、ワーク２に形成される被膜１７の膜厚の均一化に寄与する。
【００３０】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るワーク２、ステージ３、及び絶縁体１８の第１方向Ｘにおける断面図である。上記第１の実施形態では、ワーク２に成膜する被膜１７の膜厚を可及的に均一にする構成を例示したが、これには限られず、絶縁体１８の形状や大きさを変更することにより、種々の成膜パターンに対応することが可能である。図８の例では、絶縁体１８に、当該絶縁体１８の厚さ方向を貫通した開口部２０（本発明における除去部に相当）が形成されている。このような絶縁体１８をステージ３の載置面１２とワーク２との間に配置した状態で第１の実施形態と同様に成膜が行われると、ワーク２の表面に形成される被膜１７において、絶縁体１８に対応する部分では、開口部２０に対応する部分と比較して膜材料７の付着量が増加する。したがって、絶縁体１８の形状や大きさにより、ワーク２において被膜１７の厚みや形状を制御することが可能となる。即ち、ワーク２における必要な領域に膜材料７を集中的に付着させて成膜することができる。その結果、膜材料７の使用量を低減させることが可能となる。
【００３１】
なお、上記各実施形態においては、ノズル９の位置が固定された状態で、ステージ３を移動させることで、ノズル９とステージとを相対移動させる構成を例示したが、これには限られず、ステージ３の位置を固定した状態で、ノズル９を移動させることで、ノズル９とステージとを相対移動させる構成を採用することも可能である。
また、膜材料７に関し、液体状のものには限られず、例えば、樹脂粒子や金属粒子等の粉体状のものを膜材料７として吐出する構成にも本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１…成膜装置，２…ワーク，３…ステージ３…吐出部，５…膜材料供給部，６…電源部，７…膜材料，８…膜材料貯留部，９…ノズル，１０…電極部，１２…載置面，１７…被膜，１８…絶縁体，２０…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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