JP2010024484A - 表面処理装置および表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の表面処理装置1は、被処理基板Wを配置する成膜室3と、成膜室3内を減圧するポンプ5と、シランカップリング剤Y1を気化させる処理剤気化装置21と、処理剤気化装置21に対してキャリアガスを供給するガス供給装置22と、成膜室3内の気体を循環させる第1循環系40と、を有する。
【選択図】図1
Description
このスパッタ法によって得られた無機配向膜(SiO2)に対して、脂肪族アルコールやシランカップリング剤で表面処理する方法が開示されている(例えば、特許文献1,2)。
本発明によれば、処理剤気化装置を経由して気体を循環させる第2の循環系をさらに備えていることから、表面処理中、成膜室内の処理剤の量(濃度)を一定にすることができる。例えば、成膜室内の処理剤を飽和状態に維持することによって、成膜レートが向上し、短時間で表面処理を行うことが可能となる。
本発明によれば、循環系にファンが設けられていることから、気体の循環効率が向上し、成膜室内の雰囲気を効率よく均一にできるとともに処理剤の反応促進が見込める。
本発明によれば、成膜室に水分を供給する水分供給装置を有することから、基板上の水分を飽和状態(あるいはそれに近い状態)にすることができる。これにより、基板上の水分量を、表面処理において好適な水分量に調整しやすくなる。
本発明によれば、被処理基板を保持する基板保持部と、基板保持部を成膜室に対して進退させる搬送装置と、を有することから、成膜室に対して基板を搬入および搬出する作業が容易になるとともに、これらの動作を迅速に行うことが可能になる。
本発明によれば、基板保持部が、複数の被処理基板を保持可能な構成とされていることから、一度に多くの基板に対して表面処理を施すことが可能となり処理量が向上する。
本発明によれば、処理剤気化装置が、処理剤を保持する処理剤保持部と、処理剤保持部に液体の処理剤を定量的に供給する供給部と、液体の処理剤を加熱する加熱部と、を有することから、必要量の処理剤を連続して供給することができる。
本発明によれば、表面処理工程では、気化した処理剤を排気しながら供給することから、成膜室内の処理剤の量(濃度)を一定に保つことができる。例えば、成膜室内の処理剤を飽和状態にすることによって、処理剤の反応が促進されて成膜効率が向上し、処理時間を短縮することが可能である。
本発明によれば、表面処理工程よりも前に、被処理基板の表面の水分を除去する水分除去工程と、被処理基板の表面に水分を供給する水分供給工程とを順に実行することから、基板上の水分量を、表面処理に好適な水分量に調整することができる。
本発明によれば、水分供給工程において、被処理基板の表面を水分飽和状態とすることから、基板上の水分量を、表面処理工程において必要となる水分量に調整することが容易になる。
本発明によれば、水分供給工程の後に、被処理基板の表面の水分を部分的に除去する水分調整工程を有することから、飽和状態の水分を表面処理に好適な水分量に調整できる。
本発明によれば、被処理基板上に無機膜を有し、当該無機膜の表面にシランカップリング剤の被膜を形成することで被処理基板上に配向膜を形成することから、耐水性に優れた被処理基板が得られ、液晶表示装置への応用に好適なものとなる。
図1は、本実施形態の表面処理装置の概略構成を示す模式図、図2は、表面処理装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、表面処理装置1は、無機膜10を有する基板W(被処理基板)に対してシランカップリング剤Y1の蒸気を導入して表面処理を行うことにより、基板W上に無機配向膜を形成する装置であって、処理剤供給装置2と、成膜室3と、ポンプ5(減圧装置)と、バルブ8と、水分供給装置9と、搬送装置11と、基板保持部12と、第1循環系40と、第2循環系50とを備えている。
このRとしては非常に選択の幅が広く、シランカップリング剤として例えば、オクタデシルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、p−トリフルオロメチルフェニルトリメトキシシラン、2−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、及び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを好適に用いることができる。また、オクチルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びトリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキシシラン等も用いることもできる。
また、蓋部32を本体部31に装着させることにより、成膜室3内の密閉状態が確保される。
ファン42は、成膜室3内に配置されており、成膜室3内の気体を循環経路41を介して循環させる。
このような第2循環系50により、成膜室3内の気体(シランカップリング剤Y2)が攪拌されて均一な雰囲気にできる。
このような第2循環系50により、気化室210と成膜室3との間で気化したシランカップリング剤Y2が循環することになる。
の機能を兼用しても良い。
次に、本発明にかかる表面処理装置を用いた表面処理方法の一例について説明する。
図3は、基板に対する表面処理の説明図である。なお、図3においてはシランカップリング剤の反応状態を模式的に示す図である。
「処理条件」
シランカップリング剤:(C10H21Si(OCH3)3)
表面処理温度:130〜200℃
表面処理時間:90〜240分
キャリアガス流量:500cc/min以下(大気圧換算)
成膜室内の圧力:500Pa程度
図3(a)に示すように、無機膜10の表面には分極した水酸基が多数存在し、シラノール基(Si−OH)を形成している。特にその親水性のシラノール基の存在により、図中の破線で示す領域Rに水(湿気)が存在し易くなっている。この状態で表面処理を行うと、基板W上の水分等(付着水や揮発性の汚染物質)による影響を受けてシランカップリング剤Y2が塊状に過剰反応したり、逆に未反応となる領域が発生してしまう。ここでは、このような表面処理の不都合を回避すべく無機膜10上の水分等をできる限り除去しておくようにする。
なお、水分供給工程において、基板Wの表面を必ずしも水分飽和状態にする必要はないが、水分飽和状態あるいはこれに近い状態にしておくことで、次の工程で基板W上の水分量を表面処理に最適な量に調整しやすくなる。
まず、バルブ8を開いてポンプ5を駆動させることにより、気化室210内を減圧し大気圧より低い圧力にする。その後、気化室210を密閉状態にして、処理剤供給部212から処理剤保持部211へシランカップリング剤Y1を定量的に供給し、シランカップリング剤Y1を加熱部213により加熱することによって気化させる。シランカップリング剤Y1をこのような減圧雰囲気下において加熱することによって、その気化速度を高めることが可能になる。
成膜室3内は、シランカップリング剤Y2とキャリアガスの導入によって500Pa程度になる。具体的には、成膜室3に対してキャリアガスの導入および排出を行い、成膜室3内の減圧雰囲気を一定にする。その後、シランカップリング剤供給部212より所定量のシランカップリング剤Y2を導入し、加熱部213で加熱してシランカップリング剤蒸気を発生させ、成膜室3内に加熱したシランカップリング剤蒸気を供給する。なお、シランカップリング剤蒸気の発生に伴い成膜室3内の圧力が多少上昇するので、必要に応じてポンプ5により排気して圧力調整する。ただし本発明の特徴として、密閉容器内で化学反応を進行させるため、必ずしも圧力を一定に保つ必要はない。
次に、表面処理を行った後のサンプル基板および表面処理を行う前のサンプル基板に対し、各表面上の数箇所の純水接触角をデータとしてそれぞれ取得して比較した。
この結果、表面処理前のサンプル基板の純水接触角の平均値が5度以下であったのに対し、表面処理を行った後のサンプル基板の純水接触角の平均値は40〜100度に上昇した。また、複数のサンプル基板に対して連続して表面処理を行った場合に、基板毎の純水接触角を比較した。ここでは、表面処理工程を5回以上繰り返して行い、各回の処理で得られた基板W間の純水接触角のバラツキは±5度以内であった。
なお、処理圧力が低いとシランカップリング剤Y2の拡散性が高まるので成膜室3内の均一性が得られ、処理むらのない良好な被膜を形成することができる。さらに、処理温度が高い方が、より短時間で所望とする純水接触角を得ることができる。
Claims (14)
- 被処理基板を配置する成膜室と、
前記成膜室内を減圧する減圧装置と、
処理剤を気化させる処理剤気化装置と、
前記処理剤気化装置に対してキャリアガスを供給するガス供給装置と、
前記成膜室内の気体を循環させる循環系と、を有する
ことを特徴とする表面処理装置。 - 前記処理剤気化装置を経由して前記気体を循環させる第2の循環系をさらに備えている
ことを特徴とする請求項1記載の表面処理装置。 - 前記循環系にファンが設けられている
ことを特徴とする請求項1または2記載の表面処理装置。 - 前記成膜室に水分を供給する水分供給装置を有する
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表面処理装置。 - 前記被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を前記成膜室に対して進退させる搬送装置と、を有する
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の表面処理装置。 - 前記基板保持部が、複数の前記被処理基板を保持可能な構成とされている
ことを特徴とする請求項5記載の表面処理装置。 - 前記処理剤気化装置が、
前記処理剤を保持する処理剤保持部と、
前記処理剤保持部に液体の処理剤を定量的に供給する処理剤供給部と、
前記液体の処理剤を加熱する加熱部と、
を有することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の表面処理装置。 - 大気圧よりも低い圧力下で処理剤を気化させ、前記処理剤の雰囲気に被処理基板を晒すことで前記被処理基板上に前記処理剤の被膜を形成する表面処理工程を有し、
前記表面処理工程では、前記被処理基板が配置された成膜室内の気体を循環させる
ことを特徴とする表面処理方法。 - 前記表面処理工程では、前記気化した処理剤を排気しながら供給する
ことを特徴とする請求項8記載の表面処理方法。 - 前記表面処理工程よりも前に、
前記被処理基板の表面の水分を除去する水分除去工程と、
前記被処理基板の表面に水分を供給する水分供給工程とを順に実行する
ことを特徴とする請求項8または9記載の表面処理方法。 - 前記水分供給工程において、
前記被処理基板の表面を水分飽和状態とする
ことを特徴とする請求項10記載の表面処理方法。 - 前記水分供給工程の後に、
前記被処理基板の表面の水分を部分的に除去する水分調整工程を有する
ことを特徴とする請求項10または11記載の表面処理方法。 - 前記被処理基板上に無機膜を有し、当該無機膜の表面に前記被膜を形成することで前記被処理基板上に配向膜を形成する
ことを特徴とする請求項8ないし13のいずれか一項に記載の表面処理方法。
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