(57)【要約】【課題】微粒子を含むエアロゾルを基板に吹きつけ、構造物を基板上に形成させることによって基板と構造物からなる複合構造物を短時間であり、かつ、大面積に特定のパターンで作製する塗布装置及び塗布方法、並びに、塗布ノズルを提供すること。【解決手段】第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口を複数備える塗布ノズルと、前記複数の噴射口にガスを供給するガス供給手段と、前記塗布ノズルを内部に保持するチャンバと、前記チャンバ内に配置されかつ基板を保持する保持台と、前記チャンバのガスを排気する排気ポンプを有する塗布装置において、
前記第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は交互に隣接すると共に、第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であること
を特徴とする塗布装置。
【請求項２】
第１ガスの導出部開口での断面積は、第２ガスの導出部開口での断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
【請求項３】
第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は、互いに蜂の巣状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
【請求項４】
第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は、千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
【請求項５】
チャンバ内に配置され、かつ、交互に隣接して設けられた第１及び第２ガスの複数の噴射口からガスを噴射しながら排気し、前記チャンバ内に配置された基板に構造物を形成させる塗布方法であって、
第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であること
を特徴とする塗布方法。
【請求項６】
第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口を複数備える塗布ノズルであって、
前記第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は交互に隣接すると共に、第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であること
を特徴とする塗布ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を含むエアロゾルを基板に吹きつけ、構造物を基板上に形成させることによって基板と構造物からなる複合構造物を大面積で特定のパターンで作製する塗布装置及び塗布方法、並びに、塗布ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大面積構造物の成膜方法として、特殊な形状を有する複合構造物形成用ノズルが数多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載された従来例の大面積構造物の成膜方法を示すものである。
【０００４】
図１０において、ノズル３１は、板状部材３１２（他方の板状部材は図示せず）を張り合わせてなり、一方の板状部材３１２の表面には一端が１個に導出開口３２で他端が３個の導入開口３３となる溝３１３が形成されている。
【０００５】
この溝３１３は、３本に分岐した上流部分３１３ａと１本に合流した下流部分３１３ｂからなり、上流部分３１３ａについては、下流側に向かって（Ｚ方向に向かって）、短辺方向（Ｘ方向）の寸法が徐々に小さくなり、長辺方向（Ｙ方向）の寸法が徐々に大きくなるように構成されている。しかも、上流側部分３１３ａではエアロゾル通過空間の断面積が下流側に向かって除々に狭くなるようにしていることで、広い幅で均一な濃度のエアロゾルを噴射する複合構造物形成用ノズルを提案している。
【０００６】
また、マスクを使用して特定のパターンを有する成膜方法についても様々な方法が数多く提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
図１１は、特許文献２に記載された特定のパターンでの成膜方法を示すものである。
【０００８】
図１１において、パターン形成手段であるマスク２０は開口部２０４を有する金属材料または無機材料からなる基体２０２の表面に、マスクの変形を抑えるために、材料の塑性変形分を考慮したダイナミック難さＤＨｖ２が４０以上の８０以下の樹脂、グリース、ワックス、ワセリン、ロウ、エストラマー、動物性油脂の郡から選ばれる少なくとも１種の材料で被覆した層２０３をもって構成され、被覆層２０３をノズル２０１に対面するように配置する。
【０００９】
ノズル２０１より噴射される微粒子束はマスク２０の開口部２０４を通過して、基材２０５に衝突し、例えば図１１に示されるような大小の角型の形状など、所望の形状の特定パターンを有する複合構造物２０６が形成される複合構造物形成装置を提案している。
【００１０】
また、マスクを使用することなく特定のパターンを有する成膜方法についても様々な方法が数多く提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
図１２は、特許文献３に記載された特定のパターンでの成膜方法を示すものである。
【００１２】
超微粒子生成室で生成された超微粒子を、キャリアガスとともに搬送管を通して膜形成室に導き、膜形成室内のステージに設置された基板１０上に垂直な姿勢で配置したノズルＮを通じて噴射し成膜するガスデポジション法を用い、膜形成室内へ超微粒子を噴射するノズルＮの近傍両端にガスを噴射するガス噴射ノズル１４を設け、ガス噴射ノズル１４より噴射されたガスの流れ１８により進行方向を流れ１１、１２から変えた超微粒子を含むキャリアガスの流れ１９を基板１０に衝突させて、該基板１０上に超微粒子膜の描画ライン１７を形成する超微粒子膜製造装置及び超微粒子膜の形成方法を提案している。
【特許文献１】特開２００３−２５１２２７号公報（第５貢、図３）
【特許文献２】特開２００５−２３８１５５号公報（第８貢、図２）
【特許文献３】特開２００３−０８９８６６号公報（第６貢、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来例の特許文献１に記載の方法では、大面積での成膜は行えるが、パターン形成にはマスクを使用しているため、従来例の特許文献２に記載の成膜方法と同様の課題が生じる。即ち、マスクの使用は、工程の増加、トータルでのタクトタイムの増加になりコストの点で好ましくない。また、何れの特許文献１，２においては、マスクの長時間使用の劣化現象、材料のロスについては何ら言及されていない。
【００１４】
更に、特許文献３に記載の成膜方法では、ガス噴射ノズルからエアロゾルに向けてエアを噴射した際にエアロゾルの流れを制御することを狙いとしているが、エアロゾル噴射の流れとガス噴射の流れの方向について言及しておらず、互いの流れの方向が異なった場合にはエアロゾル噴射の流れに乱れが生じ、結果パターンの精度悪化、膜厚にバラつきが生じるという問題があった。また、大面積の複数のラインを持つストライプ形状を形成する際に基板ステージの移動精度によりラインの幅にバラつきが生じる、加工に時間がかかるなどの問題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、微粒子を含むエアロゾルを基板に吹きつけ、構造物を基板上に形成させることによって基板と構造物からなる複合構造物を短時間であり、かつ、大面積に高精度でバラつきが少ない特定パターンを作製することが可能な塗布装置及び塗布方法、並びに、塗布ノズル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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の塗布装置は、第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口を複数備える塗布ノズルと、前記複数の噴射口にガスを供給するガス供給手段と、前記塗布ノズルを内部に保持するチャンバと、前記チャンバ内に配置されかつ基板を保持する保持台と、前記チャンバのガスを排気する排気ポンプを有する塗布装置において、前記第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は交互に隣接すると共に、第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
本構成によって、同一のノズルからエアロゾルとガスを噴射させるため、ほぼ平行にエアロゾルガスにガスを噴射できるためエアロゾルの流れに乱れが生じずることなく、エアロゾルガスの流れを制御することができる。
【００１８】
なお、本発明の塗布方法は、チャンバ内に配置され、かつ、交互に隣接して設けられた第１及び第２ガスの複数の噴射口からガスを噴射しながら排気し、前記チャンバ内に配置された基板に構造物を形成させる塗布方法であって、第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であることに特徴があり、更に、塗布ノズルには、第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口を複数備える塗布ノズルであって、前記第１ガスと第２ガスを噴射する噴射口は交互に隣接すると共に、第１ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であり、かつ、第２ガスの噴射口の導出部開口での断面積は、同ガスの導入部開口での断面積以上であるという特徴も有する。
【発明の効果】
【００１９】
従来の装置およびノズルでは、マスクによるパターン形成では１００時間以上の材質劣化によるパターン精度の劣化や材料利用率が問題になること、ガス噴射ノズルを用いてパターン形成では、開口部がひとつのノズル単体では一般的に幅３ｍｍ程度が限界であり、１０μｍの膜厚で１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの基板の場合、３回に分けて幅方向に移動して成膜を行うため、９分の時間が掛かっていた。
【００２０】
本発明では、微粒子を含むエアロゾルを基板に吹きつけ、構造物を基板上に形成させることによって基板と構造物からなる複合構造物を従来と比較して、３分の１の時間で成膜、従来方法に比べて精度良く１０ｍｍ幅以上の大面積で特定のパターンで作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る複合構造物作製装置１（以下、単に「塗布装置１」と称する場合もある。）を示す様式図である。
【００２３】
この複合構造物作製装置１は、原料の粉体を含むエアロゾルを基板に吹き付けることによって原料を堆積させるエアロゾルデポジッション（ＡＤ：Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた装置である。
【００２４】
図１に示す複合構造物作製装置１は、複数のエアロゾル生成室２，成膜チャンバ３，ガスのみを供給するコンプレッサー４を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊する固体または液体の微粒子のことを言う。
【００２５】
エアロゾル生成室２は、成膜材料の粉体が配置される場所であり、ここでエアロゾルの生成が行われる。エアロゾル生成室２に配置された原料をキャリアガスによって吹き上げることにより、エアロゾルが生成される。このキャリアガスとしては、乾燥空気、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、ヘリウムガス等が用いられる。生成されたエアロゾルはエアロゾルガス搬送管を通って成膜チャンバ３に導入される。
【００２６】
成膜チャンバ３には、基板５ａを保持する保持台５ｂと、エアロゾルガスとガスの噴射口７，８を複数備え、エアロゾルガス噴射口７とエアロゾルガス噴射口８は交互に隣接して配置された塗布ノズル６が設けられている（図２）。この塗布ノズル６は、エアロゾルガス噴射口７の導出部開口７ａの断面積は、エアロゾルガス噴射口７の導入部開口部７ｂの断面積以上であり、また、エアロゾルガス噴射口８の導出部開口８ａの断面積はエアゾルガス噴射口８の導入部開口８ｂの断面積以上であることを特徴とするものである。
【００２７】
また、成膜チャンバ３の内部は、排気ポンプ９により所定の圧力となるよう減圧されている。ノズル開口部の形状としては、特に限定されるものではないが、規則的配列を形成できる形状である正方形、長方形、円形、楕円、３角形、５角形、６角形であることが好ましく、正方形、長方形、円形、楕円であることが望ましい。
【００２８】
（実施例１）
図１及び図２に示す複合構造物作製装置１において、ノズル形状によりパターン精度の差を調べた。
【００２９】
図２で示すように具体的なノズル６の形状として、エアロゾルガス噴射口７の導入開口部７ｂは２．０ｍｍ×１．０ｍｍの矩形であり、エアロゾルガス噴射口の導出部開口７ａは３．０ｍｍ×１．０ｍｍの矩形であり、エアロゾルガス噴射口７が３口あるものである。また、ガス噴射口の導入部開口８ｂは０．５ｍｍ×１．０ｍｍの矩形であり、ガス噴射口の導出部開口８ａは１．０ｍｍ×１．０ｍｍの矩形であり、ガス噴射口８が４口有するものである。
【００３０】
エアロゾル微粒子材料としては、酸化アルミニウムを選定した。具体的には純度９９％以上、平均粒子径０．５μｍのα−アルミナを用いた。またガス噴射口８、エアロゾル噴射口７から噴射されるガス、及び、微粒子のキャリアガスにアルゴンＡｒを用いて、膜厚１０μｍ幅２〜３ｍｍの３つのライン形成を行った。
【００３１】
成膜条件は以下の通りである。
・成膜チャンバ内圧力：１００Ｐａ
・エアロゾル噴射口におけるＡｒ流量：３６Ｌ／ｍｉｎ
・ガス噴射口におけるＡｒ流量：２１Ｌ／ｍｉｎ
・ノズル−基板距離：２ｍｍ
【００３２】
（比較例１）
ガス噴射口８の機構が無いこと以外は実施例１と同様の条件で比較例１のライン形成を行った。
【００３３】
（比較例２）
上記特許文献２に記載の方法で、ガス噴射ノズルを基板との間に１０°程度の角度をつけて設置した以外は実施例１と同様の条件で比較例１の１つのライン形成を行った。
【００３４】
以上の条件で、膜厚の分布を比較した。図３は、幅方向の膜厚をレーザー変位計で計測した結果を示すものである。
【００３５】
以上の結果より、本実施例によれば、短時間で大面積の複数のライン描画したときにおいてもラインの平坦性、エッジ性に効果があることが可能になった。このように、従来例に比べて大面積で精密なパターン膜となったのは、エアロゾル噴流の流れに平行な流れであるガス噴流で制御したためだと考えられる。以下、上記理由について詳しく説明する。
【００３６】
比較例のエアロゾルガスの流れとガスの流れの方向が異なっているため、お互いに衝突しエアロゾル噴射の流れに乱れが生じた。同一のノズルからエアロゾルとガスを噴射させるため、ほぼ平行にエアロゾルガスにガスを噴射できるためエアロゾルの流れに乱れが生じず、精密なパターン膜になったと考えられる。
【００３７】
（比較例３）
ガス噴射口の導入部開口部８ｂの１．０ｍｍ×１．０ｍｍの矩形に変更した以外は実施例１と同様の条件で比較例３のライン形成を行った。
【００３８】
（比較例４）
ガス噴射口の導入部開口部８ｂの０．７５ｍｍ×１．０ｍｍの矩形に変更した以外は実施例１と同様の条件で比較例４のライン形成を行った。
【００３９】
以上の条件で、膜厚の分布を比較した。図４は、幅方向の膜厚をレーザー変位計で計測した結果を示すものである。
【００４０】
以上の結果より、本実施例によれば、ガス噴射口の導入部開口よりガス噴射口導出部開口の面積を大きくすることでライン描画したときにラインの平坦性、エッジ性に効果があることが可能になった。
【００４１】
（比較例５）
ガス噴射口におけるＡｒ流量：７Ｌ／ｍｉｎに変更した以外は実施例１と同様の条件で比較例５のライン形成を行った。
【００４２】
（比較例６）
ガス噴射口におけるＡｒ流量：１４Ｌ／ｍｉｎに変更した以外は実施例１と同様の条件で比較例６のライン形成を行った。
【００４３】
以上の条件で、断面の膜厚の分布を比較した。図５は、幅方向の断面の膜厚をレーザー変位計で計測した結果を示すものである。
【００４４】
以上の結果より、本実施例によれば、ガス流量の値を一定以上にすることで、ライン描画したときにラインの平坦性、エッジ性に効果があることが可能になった。
【００４５】
（実施例２）
ノズル開口部の配列を図６に示す形状に、図１及び図２に示す複合構造物作製装置１において、ガスノズルの効果を調べた。
【００４６】
図６で示すように具体的なノズル６の形状として、エアロゾルガス噴射口７の導入開口部７ｂの形状は１辺が０．７５ｍｍの正六角形であり、エアロゾルガス噴射口の導出部開口７ａの形状は１辺が１ｍｍの正六角形であり、エアロゾルガス噴射口７が６口あるものである。また、ガス噴射口の導入部開口８ｂの形状は１辺が０．７５ｍｍの正六角形であり、ガス噴射口の導出部開口８ａの形状は１辺が１ｍｍの正六角形であり、ガス噴射口８が１３口あるものである。
【００４７】
エアロゾル微粒子材料としては、酸化アルミニウムを選定した。具体的には純度９９％以上、平均粒子径０．５μｍのα−アルミナを用いた。またガス噴射口８、エアロゾル噴射口７から噴射されるガス及び、微粒子のキャリアガスにアルゴンＡｒを用いて、膜厚１０μｍのパターン形成を行った。
【００４８】
成膜条件は以下の通りである。
・成膜チャンバ内圧力：１００Ｐａ
・エアロゾル噴射口におけるＡｒ流量：４６Ｌ／ｍｉｎ
・ガス噴射口におけるＡｒ流量：７８Ｌ／ｍｉｎ
・ノズル−基板距離：２ｍｍ
【００４９】
（比較例７）
ガス噴射口８の機構が無いこと以外は実施例２と同様の条件で比較例７のパターン形成を行った。
【００５０】
以上の条件で、断面の膜厚の分布を比較した。図７は、幅方向の断面積の膜厚をレーザー変位計で計測した結果を示すものである。
【００５１】
以上の結果より、本実施例によれば、ガス噴射口の導入部開口よりガス噴射口導出部開口の面積を大きくすることでライン描画したときにパターンの平坦性、エッジ性に効果があることが可能になった。
【００５２】
（実施例３）
次に、ノズル開口部の配列を図８に示す形状に変更した以外は実施例２と同様の条件で比較例８のパターン形成を行った。
【００５３】
（比較例８）
ガス噴射口８の機構が無いこと以外は実施例２と同様の条件で比較例８のパターン形成を行った。
【００５４】
以上の条件で、断面の膜厚の分布を比較した。図９は、幅方向の断面積の膜厚をレーザー変位計で計測した結果を示すものである。
【００５５】
以上の結果より、本実施例によれば、ガス噴射口の導入部開口よりガス噴射口導出部開口の面積を大きくすることでライン描画したときにパターンの平坦性、エッジ性に効果があることが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の複合構造物作製装置及びこれに組み込まれるノズルは、複合構造物を短時間、大面積で特定のパターンで作成し、配線やバンプ等電気的な素子、セラミックコンデンサー、電池等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態で用いた複合構造物作製装置の構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例１に用いたノズルの構成を示す概略図
【図３】本発明のガス噴射ノズルの設置角度による幅方向の厚みの変化を示す図
【図４】本発明のガス噴射ノズルの形状による幅方向の厚みの変化を示す図
【図５】本発明のガス噴射ノズルの流量による幅方向の厚みの変化を示す図
【図６】本発明の噴射ノズルの形状断面図
【図７】本発明のガス噴射の効果を比較した図
【図８】本発明の噴射ノズルの形状断面図
【図９】本発明のガス噴射の効果を比較した図
【図１０】特許文献１に記載の従来例を示す図
【図１１】特許文献２に記載の従来例を示す図
【図１２】特許文献３に記載の従来例を示す図
【符号の説明】
【００５８】
１    複合構造物作製装置（塗布装置）
２    エアロゾル生成室
３    成膜チャンバ
４    コンプレッサー
５ａ  基板
５ｂ  保持台
６    ノズル（塗布ノズル）
７    エアロゾルガス噴射口
７ａ  エアロゾルガス噴射口の導出部開口
７ｂ  エアロゾルガス噴射口の導入部開口部
８    （エアロゾル）ガス噴射口
８ａ  ガス噴射口の導出部開口
８ｂ  ガス噴射口の導入部開口部
９    排気ポンプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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