(57)【要約】【課題】基板上に成膜される膜の厚さの均一性を向上する。【解決手段】筐体１５０と、筐体１５０の内部に成膜材料１６０を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構と、複数の噴霧機構の基板２００上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段とを備える。調節手段は、複数の噴霧機構の各々の基板２００上への成膜量を調節する、または、基板２００上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構においてこの複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板２００上への成膜量を調節する。【選択図】図２
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【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、
前記筐体の内部に前記成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構と、
前記複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段とを備え、
前記調節手段は、前記複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた前記複数の噴霧機構において該複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する、成膜装置。
【請求項２】
前記複数の噴霧機構の各々はスプレーノズルからなり、
前記スプレーノズルは、前記成膜材料を圧縮空気により微粒子化した前記ミストを噴霧する、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記調節手段は、前記圧縮空気の流量を調節することにより基板上への成膜量を調節する、請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記調節手段は、前記成膜材料の前記溶液の圧力を調節することにより基板上への成膜量を調節する、請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記スプレーノズルを基板に対して接近または離隔するように動作させる駆動機構をさらに備え、
前記調節手段は、前記駆動機構により前記スプレーノズルと基板との間の距離を調節することにより基板上への成膜量を調節する、請求項２から４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記スプレーノズルを冷却する冷却手段をさらに備える、請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記駆動機構による前記スプレーノズルの動作に連動して基板に対して接近または離隔する、請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節工程と、
前記調節工程後に、前記複数の噴霧機構により微粒子化した前記ミストを噴霧する噴霧工程とを備え、
前記調節工程において、前記複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた前記複数の噴霧機構において該複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、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および成膜方法に関する。
【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においては、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、機密性の高い設備が必要となる。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、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。
【０００６】
均一な膜厚で成膜するために、噴射するガスの流量を切り替える成膜方法を開示した先行文献として、特開２０１０−２２９４６０号公報(特許文献１)がある。特許公報１に記載された成膜方法においては、基板面の成膜すべき有効領域にノズルが対向しているときに紛体を含んだガスを所定の流量で噴射し、有効領域以外の無効領域にノズルが対向しているときに所定の流量より大きな流量でガスを噴射している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２９４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数のノズルを用いて成膜する場合、各ノズルから噴霧されるミストの流量はばらつきを有する。また、ノズルの噴霧流量は経時的に変化する。そのため、複数のノズルを用いて基板上に均一な膜厚の膜を成膜することは困難であった。
【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、基板上に成膜される膜の厚さの均一性を向上できる、成膜装置および成膜方法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、筐体の内部に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構と、複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段とを備える。調節手段は、複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構においてこの複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する。
【００１１】
本発明の一形態においては、複数の噴霧機構の各々はスプレーノズルからなる。スプレーノズルは、成膜材料を圧縮空気により微粒子化したミストを噴霧する。
【００１２】
本発明の一形態においては、調節手段は、圧縮空気の流量を調節することにより基板上への成膜量を調節する。
【００１３】
本発明の一形態においては、調節手段は、成膜材料の溶液の圧力を調節することにより基板上への成膜量を調節する。
【００１４】
本発明の一形態においては、成膜装置は、スプレーノズルを基板に対して接近または離隔するように動作させる駆動機構をさらに備える。調節手段は、駆動機構によりスプレーノズルと基板との間の距離を調節することにより基板上への成膜量を調節する。
【００１５】
本発明の一形態においては、成膜装置は、スプレーノズルを冷却する冷却手段をさらに備える。
【００１６】
本発明の一形態においては、冷却手段は、駆動機構によるスプレーノズルの動作に連動して基板に対して接近または離隔する。
【００１７】
本発明に基づく成膜方法は、成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節工程と、調節工程後に、複数の噴霧機構により微粒子化したミストを噴霧する噴霧工程とを備える。調節工程において、複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構においてこの複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板上に成膜される膜の厚さの均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。
【図３】図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。
【図４】同実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図７】第１比較例として、ピッチを１００ｍｍとして１１ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図８】第２比較例として、ピッチを１２０ｍｍとして９ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図９】第３比較例として、ピッチを１５０ｍｍとして８ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図１０】２０本の噴霧開始直後のスプレーノズル１３０の噴霧量(Ｌ／ｈｒ)をと圧縮空気消費量(Ｌ／ｍｉｎ)を調査した結果を示す図である。
【図１１】ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルと、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルとにおいてミストを噴霧した際の噴霧量の経時変化を示す図である。
【図１２】スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と圧縮空気の圧力との関係を示す図である。
【図１３】スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と成膜材料の溶液の圧力との関係を示す図である。
【図１４】スプレーノズルの噴霧量およびミスト径とスプレーノズルのノズル径との関係を示す図である。
【図１５】各群に含まれるスプレーノズル毎に調節手段を備えたタンクが接続されている状態を示す平面図である。
【図１６】同実施形態に係るタンクの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態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。本実施形態においては、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜を例に説明するが、本発明は様々な膜の成膜に応用可能である。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。図３は、図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。なお、図３においては、噴霧機構を簡略に図示している。
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る成膜装置１０は、基板２００が投入される投入部１１と、基板２００が予熱される予熱部１２と、基板２００が成膜処理される成膜部１３と、基板２００が冷却される徐冷部１４と、基板２００が取り出される取出し部１５とを有している。
【００２３】
図１から３に示すように、成膜装置１０は、基板２００を搬送経路に沿って搬送する搬送手段である搬送コンベア１１０を備える。搬送コンベア１１０は、投入部１１、予熱部１２、成膜部１３、徐冷部１４および取出し部１５に亘って設けられている。
【００２４】
搬送コンベア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】
基板２００は、搬送コンベア１１０により矢印１１４で示す方向に搬送される。すなわち、本実施形態に係る成膜装置１０においては、基板２００の搬送経路は平面視において直線状である。ただし、搬送経路は直線状に限られず、搬送経路が平面視において屈曲していてもよいし、曲線状であってもよい。
【００２６】
また、成膜装置１０は、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)を備える。具体的には、基板２００の搬送方向の上流側から順に、成膜室１００ａ、成膜室１００ｂ、成膜室１００ｃ、成膜室１００ｄが設けられている。本実施形態においては、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)が設けられているが、１つ以上の成膜室１００が設けられていればよい。
【００２７】
さらに、成膜装置１０は、複数の成膜室１００のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室１００を順次通過する基板２００を取り囲んで加熱する加熱炉１２０を備える。図３に示すように、筐体１５０の下部が、加熱炉１２０に覆われている。
【００２８】
トンネル状の加熱炉１２０の上部に開口が設けられ、その開口内に筐体１５０が組み込まれている。加熱炉１２０は、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)に亘って設けられている。加熱炉１２０は、基板２００を予熱するために、基板２００の搬送方向の上流側に位置する成膜室１００ａより上流側から設けられている。すなわち、加熱炉１２０は、予熱部１２および成膜部１３に亘って設けられている。
【００２９】
基板２００は、搬送コンベア１１０により加熱炉１２０内を搬送されつつ加熱される。基板２００に成膜する際には、加熱炉１２０内は、ほぼ同一の温度、たとえば５５０℃に維持されている。
【００３０】
本実施形態に係る成膜室１００においては、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。図２に示すように、成膜室１００には、筐体１５０と、筐体１５０の内部に成膜材料１６０を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構が設けられている。
【００３１】
筐体１５０は、側壁の１つに、ミストを排気するための排気口１５２を有している。図１に示すように、排気口１５２には、接続管３１０の一端が接続されている。接続管３１０の他端は、排気されたミストを無害化処理するガス処理手段である除害装置３００に接続されている。
【００３２】
図２に示すように、筐体１５０は、キャリアガス１７０が導入される導入口１５１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、噴霧機構からミストが噴霧されるミスト噴霧空間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。
【００３３】
筐体１５０は、ミスト噴霧空間１５９からミストを基板２００上に流動可能とする、基板２００と対向する開放部を有している。開放部は、筐体１５０の下部に形成されている。図１，３に示すように、開放部は、加熱炉１２０内に位置している。搬送コンベア１１０により搬送されている基板２００と筐体１５０の開放部との間には、所定の間隙が設けられている。
【００３４】
噴霧機構は、成膜材料１６０を圧縮空気により微粒子化して噴霧するスプレーノズル１３０からなる。複数の噴霧機構は、噴霧口を各々有する。具体的には、図示しないコンプレッサーからの圧縮空気により、タンク１４０に貯溜されている成膜材料１６０の溶液を加圧して通路１４１を通過させ、スプレーノズル１３０の噴霧口から微粒子化したミストを噴霧する。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。
【００３５】
スプレーノズル１３０の端部に、スプレーノズル１３０を冷却する冷却手段である冷却ジャケット１３１が取り付けられている。冷却ジャケット１３１は図示しない冷却水供給管と接続され、冷却ジャケット１３１の内部では冷却水が循環している。
【００３６】
また、成膜室１００には、スプレーノズル１３０の先端に取り付けられた筒状の整流部材１３２が設けられている。本実施形態においては、整流部材１３２は、内側面に位置してミストを整流するテーパ状の整流部１３４を有している。ただし、整流部１３４の形状はこれに限られず、たとえば、ラッパ状の形状を有していてもよい。
【００３７】
整流部材１３２は、整流部材１３２の外側面の一部に接続された図示しない接続部材が冷却ジャケット１３１の外側面の一部に接続されることにより、冷却ジャケット１３１に取り付けられている。
【００３８】
スプレーノズル１３０は、成膜材料１６０の溶液と圧縮空気との２流体を混合してミストを噴霧する２流体スプレーノズルである。ここで、ミストとは、平均粒子経が０．１μｍ以上１００μｍ以下の液滴が気体中に分散された状態のものをいう。ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値とする。
【００３９】
ただし、噴霧機構はスプレーノズル１３０に限られず、超音波を用いてミストを発生させるものでもよい。超音波振動子によってミストを発生させる場合、スプレーノズル１３０によりミストを発生させる場合に比べて、ミストの平均粒子径を均一にできるため、発生させたミスト同士が基板２００に到達する前に凝集することを抑制できる。
【００４０】
図３に示すように、複数のスプレーノズル１３０は、筐体１５０内において、基板２００と対向して互いに間隔を置いて基板２００の搬送方向と直交する方向に並んでいる。図３においては、ピッチＬpで３つのスプレーノズル１３０を配置しているが、スプレーノズル１３０の数は３つに限られず複数であればよい。
【００４１】
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ミストの噴霧量、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。
【００４２】
スプレーノズル１３０の噴霧口と基板２００の上面との間の距離Ｌhに対して加熱炉１２０の上端と基板２００との間の距離はＬh／４に設定されている。
【００４３】
なお、後述する導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の一部は、スプレーノズル１３０を冷却するためにスプレーノズル１３０に対して送られる。スプレーノズル１３０にキャリアガス１７０を送るために、スプレーノズル１３０の近傍に図示しない冷却ファンが配置されている。スプレーノズル１３０は、冷却ファンにより空冷される。さらに、スプレーノズル１３０は上述の冷却ジャケット１３１により水冷される。
【００４４】
このように、スプレーノズル１３０の近傍を冷却することにより、スプレーノズル１３０から噴き付けられる前の成膜材料１６０の溶液が沸点以下の温度まで冷却される。より好ましくは、成膜材料１６０の溶液が室温程度まで冷却される。
【００４５】
この冷却により、成膜材料１６０の溶液中の溶媒がスプレーノズル１３０内において揮発することを抑制できるため、噴き付けられる成膜材料１６０の溶液の濃度を一定に保つことができる。また、スプレーノズル１３０内において成膜材料１６０の溶液中の溶媒が揮発することによる成膜材料１６０の固化を抑制できる。
【００４６】
その結果、一定の濃度の成膜材料１６０を用いて成膜できるため、基板２００上に成膜される膜の品質を安定させることができる。また、固化した成膜材料１６０によるスプレーノズル１３０の目詰まりを抑制することができる。
【００４７】
成膜材料１６０の溶液としては、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群より選択される無機材料の塩化物を、溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールおよびブタノールなどを用いることができる。このような成膜材料１６０の溶液としては、たとえば、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。
【００４８】
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。成膜材料１６０の溶液の濃度は特に限定されないが、たとえば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度である。
【００４９】
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のミスト噴霧空間１５９内に導入される。ミスト噴霧空間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。キャリアガス１７０としては、たとえば、窒素、酸素、水素およびこれらの混合ガスを用いることができる。
【００５０】
スプレーノズル１３０からミストが、矢印１６１で示す向きに噴霧領域１６２中に噴霧される。ミストとキャリアガス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放部に到達する。混合ミストは、開放部から基板２００の主面上に噴き付けられる。ミスト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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、除害装置３００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。なお、図２においては、除害装置３００を図示していない。
【００５３】
上記の噴き付け領域Ｘと流路領域Ｙと排気領域Ｚとから開放部が構成されている。ミストは、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口１５２に向けて流動する。
【００５４】
なお、排気口１５２においては、導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の３倍〜１０倍程度大きな流量で混合ミストを排気している。ただし、導入されるキャリアガス１７０の流量および混合ミストの排気流量は適宜設定される。
【００５５】
図１に示すように、成膜室１００ａにおいて、矢印４００で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｂにおいて、矢印４１０で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｃにおいて、矢印４２０で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｄにおいて、矢印４３０で示すようにミストが流動する。
【００５６】
上記のようにミストが流動している状態で、開放部の近傍を基板２００が通過することにより、基板２００が成膜処理される。本実施形態の成膜装置１０においては、開放部の近傍を基板２００が通過するように搬送コンベア１１０が設けられている。
【００５７】
基板２００は、搬送コンベア１１０により、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、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。
【００５８】
たとえば、基板２００には、アルカリバリア層としてＳｉＯ2膜、および、透明導電膜としてＴＣＯ(Transparent Conductive Oxide)などの複数の膜が形成される。なお、アルカリバリア層は、基板２００に含まれるアルカリ分による太陽電池の性能低下を防止するためのものである。そのため、基板２００がアルカリ分を多く含まない材質からなる場合、アルカリバリア層を形成しなくてもよい。
【００５９】
このように基板２００上に異なる種類の膜を形成する場合は、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)において、種々のミストが用いられる。たとえば、成膜室１００ａにおいてＳｉＯ2を成膜材料１６０とするミストを用い、成膜室１００ｂにおいてＳｎＯ2を成膜材料１６０とするミストを用いる。
【００６０】
ＳｎＯ2からなる透明導電膜を形成する場合には、加熱炉１２０内の温度は、４５０℃以上６００℃以下であることが好ましく、５２０℃以上５８０℃以下であることがより好ましい。
【００６１】
加熱炉１２０内の温度が４５０℃未満である場合、基板２００上に付着した混合ミストの乾燥時間が長くなることにより成膜レートが著しく低下する。一方、加熱炉１２０内の温度が６００℃より高い場合、混合ミストの一部において基板２００上に到達する前に混合ミストに含まれる溶媒が揮発して成膜性能を失うことにより、基板２００上に到達する混合ミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。
【００６２】
また、スプレーノズル１３０の噴霧圧力、キャリアガス１７０の流量および排気流量を適切に設定することにより、混合ミストを安定して基板２００の上面に到達させることができる。
【００６３】
上記の構成により発生した混合ミストにより基板２００上に均一な膜を形成するためには、混合ミストを基板２００上の全体に到達させる必要がある。ここで、スプレーノズル１３０の噴霧領域について説明する。
【００６４】
図４は、本実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。成膜材料１６０の溶液として、０．９ｍｏｌ／ＬのＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏと、０．３ｍｏｌ／ＬのＮＨ4Ｆと、３０体積％のＨＣｌと、２．５体積％のメタノールとを含む水溶液を用いた。この水溶液の沸点は、約７０℃程度であった。
【００６５】
図４に示すように、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２は、スプレーノズル１３０の噴霧口から距離Ｌh離れた地点において、楕円形状の外形を有している。
【００６６】
具体的には、長径の長さがＬW、短径の長さがＬTである楕円形状を有している。すなわち、噴霧領域１６２は、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図４中の０点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル１３０の中心の鉛直方向における直下の位置である。
【００６７】
図５は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。図６は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【００６８】
図５においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。図６においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の短手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。
【００６９】
図５に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の長手方向における相対噴付強度は、０点から離れるに従って上昇して１００％になった後、さらに０点から離れるに従って下降して０％になっている。
【００７０】
図６に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の短手方向における相対噴付強度は、０点において１００％であり、０点から離れるに従って下降して０％になっている。
【００７１】
このように、噴霧領域１６２内において、スプレーノズル１３０の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル１３０を設けた場合にも同様である。
【００７２】
図７は、第１比較例として、ピッチを１００ｍｍとして１１ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図８は、第２比較例として、ピッチを１２０ｍｍとして９ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図９は、第３比較例として、ピッチを１５０ｍｍとして８ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【００７３】
図７〜９においては、縦軸に比較噴付強度(％)、横軸に、一列に配置された噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。なお、比較噴付強度(％)は、上記の１ヶのスプレーノズルの相対噴付強度の最大値を１００％として、複数のスプレーノズルを各ピッチで配置したときの噴付強度を示している。
【００７４】
図７〜９に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、ピッチを１２０ｍｍとしてスプレーノズルを配置した場合に、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていた。
【００７５】
第１から第３比較例の成膜装置のように、複数のスプレーノズル１３０を配置して成膜する場合、各スプレーノズル１３０の噴霧量にはばらつきがある。また、スプレーノズル１３０の噴霧量は経時的に変化する。
【００７６】
図１０は、２０本の噴霧開始直後のスプレーノズル１３０の噴霧量(Ｌ／ｈｒ)をと圧縮空気消費量(Ｌ／ｍｉｎ)を調査した結果を示す図である。図１０に示すように、噴霧開始直後のスプレーノズル１３０の噴霧量には、±１０％程度のばらつきがある。
【００７７】
スプレーノズル１３０の噴霧量の経時変化は、スプレーノズル１３０を構成する材料によって異なる。たとえば、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルと、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルとにおいて、上記の成膜材料１６０の溶液を噴霧した場合の噴霧量の経時変化が異なる。
【００７８】
図１１は、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルと、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルとにおいてミストを噴霧した際の噴霧量の経時変化を示す図である。
【００７９】
図１１に示すように、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルでは、噴霧開始時の噴霧量に比較して、噴霧開始後４０時間経過時の噴霧量が約２５％増加した。一方、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルでは、噴霧量は略一定であった。これは、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルにおいては、ノズルの内部がミストにより腐食されてノズルの口径が大きくなったためである。このように、スプレーノズルの噴霧量は、スプレーノズルの構成材料によって経時変化の度合いが異なる。
【００８０】
スプレーノズルの噴霧量は、他のファクターによっても異なってくる。図１２は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と圧縮空気の圧力との関係を示す図である。図１３は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と成膜材料の溶液の圧力との関係を示す図である。図１４は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径とスプレーノズルのノズル径との関係を示す図である。
【００８１】
図１２においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸に圧縮空気の圧力を示している。図１３においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸に成膜材料の溶液の圧力を示している。図１４においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸にスプレーノズルのノズル径を示している。図１２〜１４においては、噴霧量を点線で、ミスト径を実線で示している。
【００８２】
図１２に示すように、成膜材料１６０の溶液と混合される圧縮空気の圧力が高くなるに従って、噴霧されるミストの径は小さくなる。また、圧縮空気の圧力が高くなるに従って、スプレーノズルの噴霧量は、ある程度増加した後、減少する。
【００８３】
図１３に示すように、成膜材料１６０の溶液の圧力が高くなるに従って、噴霧されるミストの径は大きくなり、スプレーノズルの噴霧量は増加する。図１４に示すように、スプレーノズルのノズル径が大きくなるに従って、噴霧されるミストの径は大きくなり、スプレーノズルの噴霧量は僅かに増加する。
【００８４】
上記のように、スプレーノズルの噴霧量に相関を有するファクターとして、圧縮空気の圧力および成膜材料の溶液の圧力がある。これらのファクターについて制御することにより、スプレーノズルから所望の噴霧量でミストを噴霧させることができる。複数のスプレーノズル１３０に所望の噴霧量でミストを噴霧させることにより、基板２００上への成膜量を調節することができる。
【００８５】
そこで、本実施形態に係る成膜装置１０においては、複数の噴霧機構の基板２００上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段を備える。調節手段は、基板２００上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構において、この複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に、基板上への成膜量を調節する。
【００８６】
たとえば、図１０に示す２０本のスプレーノズル１３０を用いて基板２００上に成膜する場合、噴霧量によって２０本のスプレーノズル１３０を４つの群に分ける。ノズルＮｏ．５，８，１８，２０のスプレーノズルをＡ群とし、ノズルＮｏ．１，２，１２，１７のスプレーノズルをＢ群とし、ノズルＮｏ．３，１０，１５のスプレーノズルをＣ群とし、ノズルＮｏ．４，９，１９のスプレーノズルをＤ群とする。
【００８７】
図１５は、各群に含まれるスプレーノズル毎に調節手段を備えたタンクが接続されている状態を示す平面図である。図１５に示すように、基板２００の搬送方向においてスプレーノズル１３０を２列に配置する。スプレーノズル１３０の配置は１列でもよいが、２列に配置した場合、基板２００の搬送速度を上げて成膜処理することが可能となるため成膜時間を短縮することができる。また、２列に配置したスプレーノズル１３０を千鳥状に配置している。このように配置することにより、基板２００上に均一に成膜することができる。
【００８８】
Ａ群に含まれるスプレーノズル１３０の各々は、タンク１４０ａと通路１４１を介して接続されている。Ｂ群に含まれるスプレーノズル１３０の各々は、タンク１４０ｂと通路１４１を介して接続されている。Ｃ群に含まれるスプレーノズル１３０の各々は、タンク１４０ｃと通路１４１を介して接続されている。Ｄ群に含まれるスプレーノズル１３０の各々は、タンク１４０ｄと通路１４１を介して接続されている。
【００８９】
図１６は、本実施形態に係るタンクの構成を示す断面図である。図２においてはタンク１４０を簡略に示したが、図１６に示すようにタンク１４０は二重構造を有している。具体的には、タンク１４０は、外側容器１４２と、外側容器１４２内に位置する内側容器１４３とを有する。成膜材料１６０の溶液は、内側容器１４３内に貯液されている。
【００９０】
外側容器１４２には、調節手段である圧力調整部５００が配管５１０を介して接続されている。内側容器１４３は開口部１４５を有し、開口部１４５を通じて内側容器１４３内の空間部１４６と外側容器１４２の空間部１４４とが連通している。通路１４１は、外側容器１４２および内側容器１４３を貫通して、通路１４１の端部が成膜材料１６０の溶液中に位置している。
【００９１】
圧力調整部５００により外側容器１４２の空間部１４４内が負圧に引かれると、開口部１４５を通じて内側容器１４３内の空間部１４６内が負圧に引かれる。その結果、成膜材料１６０の溶液の圧力が低下する。逆に、圧力調整部５００により外側容器１４２の空間部１４４内が加圧されると、開口部１４５を通じて内側容器１４３内の空間部１４６内が加圧される。その結果、成膜材料１６０の溶液の圧力が上昇する。このように、圧力調整部５００により成膜材料１６０の溶液の圧力を調節することができる。
【００９２】
スプレーノズル１３０の各群毎にタンク１４０が接続されているため、各群毎に成膜材料１６０の溶液の圧力を調節することができる。そのため、各群毎にスプレーノズル１３０の噴霧量を調節して基板上への成膜量を調節することができる。
【００９３】
また、調節手段は、圧縮空気を供給する上記コンプレッサーの駆動を調節するものでもよい。コンプレッサーの駆動を調節することにより、圧縮空気の圧力を調節することができる。
【００９４】
この場合も、スプレーノズル１３０の各群毎にタンク１４０が接続されているため、各群毎に圧縮空気の圧力を調節することができる。そのため、各群毎にスプレーノズル１３０の噴霧量を調節して基板上への成膜量を調節することができる。
【００９５】
上記のように、噴霧開始直後の噴霧量の近いスプレーノズル１３０同士を１つの群にまとめて噴霧量を調節することにより、多数のスプレーノズル１３０の成膜量の調節を精度よく、かつ、装置構成が複雑にならないようにすることができる。
【００９６】
ただし、調節手段は、複数のスプレーノズル１３０の各々の噴霧量を調節するものでもよい。調節手段が、各スプレーノズル１３０において圧縮空気の圧力または成膜材料の溶液の圧力を調節することにより、それぞれのスプレーノズル１３０における噴霧量を所望の噴霧量として基板２００上への成膜量を調節することができる。
【００９７】
さらに、成膜装置１０は、スプレーノズル１３０を基板２００に対して接近または離隔するように動作させる図示しない駆動機構をさらに備えてもよい。この場合、調節手段は、この駆動機構によりスプレーノズル１３０と基板２００との間の距離を調節することにより成膜量を調節することができる。
【００９８】
具体的には、スプレーノズル１３０と基板２００との間の距離を接近させることにより、基板２００上に到達するミストの量を増やして成膜量を増加させる。逆に、スプレーノズル１３０と基板２００との間の距離を離隔させることにより、基板２００上に到達するミストの量を減じて成膜量を減少させる。
【００９９】
なお、駆動機構は、スプレーノズル１３０本体を移動させるものでもよいし、スプレーノズル１３０の端部のみを伸縮させるものでもよい。
【０１００】
この場合、冷却ジャケット１３１は、駆動機構によるスプレーノズル１３０の動作に連動して基板２００に対して接近または離隔する。このようにすることにより、スプレーノズル１３０を冷却しつつスプレーノズル１３０からミストを噴霧させることができる。
【０１０１】
その結果、スプレーノズル１３０が基板２００に接近して加熱炉１２０に近づいた際に、スプレーノズル１３０の温度が高くなることを抑制してスプレーノズル１３０の目詰まりを防ぐことができる。
【０１０２】
本実施形態においては、冷却ジャケット１３１および整流部材１３２を設けたが、必ずしも冷却ジャケット１３１および整流部材１３２を設けなくてもよい。
【０１０３】
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】
【０１０４】
１０  成膜装置、１１  投入部、１２  予熱部、１３  成膜部、１４  徐冷部、１５  取出し部、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ  成膜室、１１０  搬送コンベア、１１１  搬送ベルト、１１２  プーリ、１１３  駆動軸、１２０  加熱炉、１３０  スプレーノズル、１３１  冷却ジャケット、１３２  整流部材、１３４  整流部、１４０，１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ  タンク、１４１  通路、１４２  外側容器、１４３  内側容器、１４５  開口部、１４４，１４６  空間部、１５０  筐体、１５１  導入口、１５２  排気口、１５３  排気空間、１５４  仕切壁、１５５  開口、１５８  噴霧機構配置空間、１５９  ミスト噴霧空間、１６０  成膜材料、１６２  噴霧領域、１７０  キャリアガス、１８０  排気ガス、１８１  混合領域、２００  基板、３００  除害装置、３１０  接続管、５００  圧力調整部、５１０  配管、Ｘ  噴き付け領域、Ｙ  流路領域、Ｚ  排気領域。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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