(57)【要約】【課題】エアロゾルデポジション法による複合構造物の作製を従来のような大型のチャンバーや大型の排気系を必要としないで可能とし、且つ生産性のスループットを大幅に向上させ、基板サイズを選ばずに製膜可能な複合構造物作製装置を提供する。【解決手段】微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に衝突させ、前記基材表面に前記微粒子の構造材からなる構造物を形成させる複合構造物作製装置であって、その装置構成は前記基材表面と当接して閉じた空間を形成するパッドと、このパッドに固定され、エアロゾル発生装置によって発生した前記エアロゾルを前記基板へ導出するノズルと、前記パッドに設けられた開口と連通し、前記基板から跳ね返ったもしくは散逸した微粒子を吸引する微粒子回収機構とから構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に衝突させ、前記基材表面に前記微粒子の構造材からなる構造物を形成させる複合構造物作製装置であって、この複合構造物作製装置は、前記基材表面と当接して閉じた空間を形成するパッドと、このパッドに固定され、エアロゾル発生装置によって発生した前記エアロゾルを前記基板へ導出するノズルと、前記パッドに設けられた開口と連通し、前記基板から跳ね返った微粒子を吸引する微粒子回収機構と、から構成された複合構造物作製装置。
【請求項２】
前記パッドに固定されたノズルが、基材に対して移動することより基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能な請求項１記載の複合構造物作製装置。
【請求項３】
基材に固定されたパッドに対し前記ノズルが動く機構を備え、基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能な請求項１記載の複合構造物作製装置。
【請求項４】
パッド自体が変形することにより、前記パッドに固定されたノズルと基材とが相対的に動く機構を備え、基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能な請求項１記載の複合構造物作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付け、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製作するときに使用する複合物作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアロゾルでポジション装置は、チャンバーなどの容器の中に基材、ノズル、粉体回収装置を配置した構造となっており、多くの場合真空ポンプなどを利用してチャンバー内を減圧環境とし、粉体をガス中に分散させたエアロゾルを発生させ、ノズルから高速で基板に衝突させ基材表面に構造物を生成する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２１２７６６号公報
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記構成では大型のチャンバーを必要とし、それに付属する高排気性能を有する大型真空ポンプなどの排気系装置を配置する必要がある。さらには基材が大型化した場合、チャンバーも基材にあわせ大型化する必要がある。また、バッチ処理を行なうため基板を頻繁にチャンバーから出し入れする場合は、生産性の向上に制限があるなどの問題点があげらる。
【０００５】
本発明はエアロゾルデポジション法による複合構造物の作製を従来のような大型のチャンバーや大型の排気系を必要としないで可能とし、且つ生産性のスループットを大幅に向上させ、基板サイズを選ばずに製膜可能な複合構造物作製装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は上記課題を解決すべく、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に衝突させ、前記基材表面に前記微粒子の構造材からなる構造物を形成させる複合構造物作製装置であって、その装置構成は前記基材表面と当接して閉じた空間を形成するパッドと、このパッドに固定され、エアロゾル発生装置によって発生した前記エアロゾルを前記基板へ導出するノズルと、前記パッドに設けられた開口と連通し、前記基板から跳ね返ったもしくは散逸した微粒子を吸引する微粒子回収機構とから構成される。
【０００７】
このように本発明では基材とパッドで閉じた空間を構成するため、大型のチャンバーとが不要となりそれにあわせて微粒子回収機構の排気系の能力を落とせるため装置の大幅な小型化と簡略化が可能となる。また、製膜空間自体が小さいためガスの流れがみだれることなく回収機構に粉体を効率よく回収することができ、散逸する粉体の量を最小限に抑え粉体の使用効率を高めることが可能となる。さらには大型の基材を製膜する場合それには見合ったチャンバーが必要であったがそれが不要となり、大型の基材についても従来の装置構成と比較して小規な装置構成で製膜可能となる。
【０００８】
また、閉じた空間内は微粒子回収機構により排気され、大気圧に対して常に負圧の状態を保っており、基材とパッドは差圧により密着することが可能である。その密着効果を高めるため、パッドと基材の接する部分には密着のための真空シールを設けることが望ましい。なお、パッドを凹凸面、半円面、球面、などの曲面に吸着可能な形状とし、ノズルを曲面駆動アクチュエータなどで駆動することにより基材が曲面であっても容易に製膜することが可能である。
【０００９】
更に、真空にする空間が十分に小型化されているため製膜時のチャンバーの真空引きや製膜体の取り出し、メンテナンスなど、段取り時間が大幅に削減でき生産効率を大幅に高めることが可能である。しかも、基材を交換する際、基材をパッドに対し上下、もしくはパッドを基材に対し上下させて基材を容易に交換することが可能である。つまり、従来のようなチャンバーを大気開放して基材を取り出すなどの煩わしい工程無しに、基材を交換することが可能になる。基材を取り付ける際も同様の効果がある。これにより単層膜、多層膜に限らず、製膜の、スループットを高めることが可能である。
なお、閉ざされた空間内が負圧に引かれたとき、大気圧との圧力差でパッドがつぶれるのを防ぐよう、空間内部に補強を施した構成とすることで、パッドがつぶれない構造を採用すると良い。
【００１０】
また、本発明は、前記パッドに固定されたノズルが、基材に対して移動することより基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能とすることもできる。
【００１１】
例えばパッドが基材に対し真空を保ったまま移動可能な場合には、パッドにアクチュエータなどを取り付け、基材に対してパッドを移動可能な構成とする。そして、パッドをノズルごと動かすことで、基板へは一定面積の製膜もしくはパターニング製膜可能がである。
なお、パッドを動かすことに代えて、若しくは、パッドを動かすことに加えて、基材を動かすようにしてもよい。
【００１２】
また本発明は、基材に固定されたパッドに対しノズルが動く機構を備え、基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能とすることもできる。
【００１３】
以上のように、ノズルがパッドに対して移動できる構成とすることで、パッドの接触部もしくはシール部が基材に対して相対的に動かない場合でも一定面積の製膜もしくはパターニング製膜可能がとなる。
具体的な構成として、パッドに真空導入軸受けなどでノズルをパッド内に外部からとりこみ真空軸受けを介してノズルを動かす。例えば真空導入軸受けとして磁気カップリングなどを使用しても良い。
【００１４】
また本発明は、パッド自体が変形することにより、パッドに固定されたノズルと基材が相対的に動く機構を備え、基材表面に一定の面積で製膜、もしくはパターニング製膜可能とすることもできる。
【００１５】
このように、パッド自体が変形することで、パッドの接触部もしくはシール部が基材に対して相対的に動かない場合でも一定面積の製膜もしくはパターニング製膜可能がとなる。
具体的な構成として、パッドと基材の接触部もしくはシール部が相対的に動かない状態でパッドが変形することにより、パッドに固定されたノズルが基板に対して移動できるよう、パッドをウレタンゴムやその他柔らかいもので構成する。もしくは、パッドが機械的に変形するよう、パッドを真空対応のベローズなどで構成しリンク機構などで変形させパッドに固定されたノズルを動かし製膜するなどの方法がある。なお、この場合ノズルとパッドの接触部は固定されており、更にパッドにアクチュエータを固定する、もしくはノズルをパッド外部のアクチュエータなどに固定する構成であれば、手動もしくは自動で制御してノズルを動かすことで、基材表面に製膜する膜形状の自由度を向上させることも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。図１は複合構造物作製装置のコンパクト製膜パッド複合構造物作製装置図である。装置は基材３、パッド２、ノズル１、微粒子回収機構８で構成される。パッドは開口部をもち、その開口部に基材を密着させることにより閉じた空間９を構成する。ノズル１の前段にはエアロゾルを供給するエアロゾル発生装置７が接続され、微粒子回収機構８内には真空ポンプなどの排気系が設置されている。
パッド２と基板３は接触部で気体の漏れが無いように真空対応のＯリング、磁性流体シールもしくはその他のシール機構６で構成されており、微粒子回収機構８内の真空ポンプで排気を行なうことによりパッド２と基材３が密着する構造となっている。
【００１７】
パッドとパッドの開口部の形状は製膜する基材の大きさや形状に合わせて製作することで多種多様な基材に対応できる。例えば１２インチシリコンウエーハに製膜をする場合、φ３００ｍｍの開口部を持つパッドを用いることで前面に製膜が可能となる。液晶ディスプレイ用のガラスなど基材が大きい場合はパッドを大型化、もしくは複数個並べることにより対応可能である。本発明においては１００×１００ｍｍ程度の基材が生産効率上適切であり装置小型化の効果も大きい。
【００１８】
本実施例の微粉体回収機構８内の真空ポンプにより空間９を減圧状態とし、次にエアロゾル発生装置７により、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを発生させる。発生したエアロゾルは管を通りノズル１に供給される。供給されたエアロゾルはノズル１内を通過しノズル先端よりエアロゾルビーム１０として基材３とパッド２、ノズル１、微粉体回収機構８で構成された閉じた空間９に噴出される。噴射されたエアロゾルは基板３もしくは製膜体４に衝突し一部は製膜体４となる。製膜されず、跳ね返ったエアロゾルは再び空間９内を経由して開口５より取り込まれ微粉体回収機構８へと導かれ回収される。微粉体回収機構８内に吸引されたエアロゾルはサイクロン式やフィルター式などの粉体分離機構で回収することが望ましい。
【００１９】
本発明でいうエアロゾルとは酸化アルミニウム、ＰＺＴ、酸化亜鉛、酸化チタンなどの酸化物や、窒化珪素、窒化アルミ二ウムなどの窒化物やダイヤモンド、炭化珪素、炭化チタンなどの炭化物あるいはこれらの混合物や多元素の固溶体、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチュウムなどの圧電性、焦電性セラミックスや半金属物質、半導体化合物などの脆性材料を窒素やヘリウム、アルゴンなどのガス中に分散させたものをいう。エアロゾルビームとはこれらのエアロゾルをガスと共に前記ノズル１より１００〜４００ｍ／ｓｅｃの高速で噴出させたものをいう。
【００２０】
次に図２に示すようにノズル２１をアクチュエータ３０に固定し、基板２３とパッド２２を相対的に動かすことにより一定面積の製膜や、パターニング製膜が可能となる。ノズルのパッドへの導入部は０リングなどにより真空シールされている。シール材としては真空対応のＯリングや磁性流体シールなどを用いることができる。
この時パッド２２が真空を保ったまま基材２３に対して外力により無理なく移動もしくは摺動可能な場合、ノズル２１、もしくはパッド２２をアクチュエータ３０などに固定し基材２３に対し移動させることで一定面積の製膜もしくはパターニング製膜を行なうことができる。アクチュエータとしてはリニヤモータもしくは回転モータとボールネジの組み合わせなどの機構で動かしても良い。また、ノズルの位置決め精度や移動時の真直度を必要とする場合はＴＨＫ社製のＬＭガイドやクロスローラガイドなどを案内として使用しても良い。
【００２１】
更には、シール部２６を静圧軸受けとし、圧縮空気の流量を調整しパッド２２が基材２３に対して静圧効果により浮上することにより、パッド２２と基材２３が非接触で移動可能な機構とすることもできる。この場合の効果はパッド２２と基材２３が非接触で動かせるため、接触抵抗がほとんど無い。このため基材に対してパッドとノズルをスムーズ動かすことが可能となり、アクチュエータを小型化できる。さらには基材へのスクラッチなどダメージ無しで製膜可能となる。
【００２２】
パッドを基板に対し移動もしくは摺動させるのが困難な場合、図２で示す様にパッド２２が変形することで、ノズル２１が基材に対して移動できる。この場合、パッド２２をウレタンゴムやその他柔らかい材質で構成する。また、空間内２９が負圧に引かれたとき、大気圧との圧力差でパッド２２がつぶれるのを防ぐよう一定の方向には補強を施した構造を採用すると良い。補強の構造は金属などの支柱３１を使い、リンク機構などでパッドが変形してノズルが動くようにすることが可能である。補強材はパッド内部もしくは外部に設定してもかまわない。
【００２３】
もしくは機械的にパッドが変形できるよう、機構自体を工夫することもできる。つまり、パッドに機械的に可動する機構を付加しノズルと基材を相対的に動かす。例えば図３のように、真空対応のベローズ５１などで可動部分を構成し、パッド４２を変形させるなどの方法がある。真空対応のベローズ５１は円筒型もしくは角型とし基材面に沿って前後左右に動ける構造をとることができる。真空ベローズの種類としてはなるべく動きが滑らかで大きなストロークの取れるものが望ましい。空間内４９が負圧に引かれたとき、大気圧との圧力差でパッド４２がつぶれるのを防ぐよう一定の方向には補強を施した構造を採用すると良い。補強材は金属などの支柱５２を使い、リンク機構などでパッド４２が変形してノズルを動くようにすることが可能である。補強材はパッド内部でも外部でもかまわない。
【００２４】
また、ノズルと基材を相対的に動かすためにアクチュエータ５０をノズル４１もしくはパッド４２に固定する。アクチュエータとしてリニヤモータもしくは回転モータとボールネジの組み合わせなどの機構で動かしても良い。または、入江工研株式会社製のベローズ式直線導入機や磁気結合導入機などを用い、ノズルを外部より動かすことも可能である。さらに、位置決め精度や真直度を必要とする場合はＴＨＫ社製のＬＭガイドやクロスローラガイドなどを案内として使用しても良い。この機構により、アクチュエータを手動もしくは自動で制御して、基材に製膜することが可能である。
【００２５】
更に本実施例では基材をパッドに対し上下させる、もしくは基材に対しパッドを上下させてやることにより、基材の交換を容易にすばやく行なうことが可能である。多層膜を製膜する場合など基材の段取り時間を短縮し、スループットを早めることが可能である。
また、本発明では真空とする製膜空間も小型化されているため、微粒子回収機構内の真空ポンプ等排気系も小型のもので高いスループットが対応可能であり、更には装置コストを抑え、装置全体の小型化が可能である。
【００２６】
本発明において、パッドやノズル、微粉体回収機構を加熱したり、静電気除去装置を設けることにより、粉体の付着を防ぎ、粉体の回収効率をさらに高めることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように、本発明によるコンパクト製膜パッド複合構造物作製装置を用いることにより、大型のチャンバーや排気系を必要とせず、基板サイズを選ばずに複合構造物の作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例のコンパクトパッドの構成図。
【図２】本発明の１実施例のコンパクトパッドゴムなどの材質の構想図。
【図３】本発明の１実施例のコンパクトパッドベローズタイプの構造図。
【符号の説明】
１，２１，４１…ノズル
２，２２，４２…パッド
３，２３，４３…基材
４，２４，４４…製膜体
５，２５，４５…開口
６，２６，４６…シール機構
７，２７，４７…エアロゾル発生装置
８，２８，４８…微粒子回収機構
３０，５０…アクチュエータ
３１…支柱
５１…ベローズ
【図１】
2004265992.tif 000003
【図２】
2004265992.tif 000004
【図３】
2004265992.tif 000005