JP5814464B2 - オブジェクトを塗布するためのシステム及びプロセス - Google Patents
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Description
[0047] これらの問題は、オブジェクトの1つ又は複数の複雑面に塗布溶液を塗布し、オブジェクトが多方向の遠心力を受けることによって克服される。これは、オブジェクトの1つ又は複数の複雑面に加えられる三次元のテンソル力を生成する重力と合わせた多方向の遠心力である。これにより、塗布溶液が複雑面のすべて又は一部に亘って一様に広がって、均一の薄膜が生成される。
(1)第1及び第2の軸を中心としたオブジェクトの回転率、
(2)第1の軸を中心としたオブジェクトの回転率及び第2の軸を中心としたオブジェクトの角度、
(3)第1、第2及び第3の軸を中心としたオブジェクトの回転率、
(4)第1及び第2の軸を中心としたオブジェクトの回転率及び第3の軸を中心としたオブジェクトの角度、
(5)第1の軸を中心としたオブジェクトの回転率並びに第2及び/又は第3の軸を中心としたオブジェクトの角度、
(6)1つ又は複数の軸を中心としたオブジェクトの回転方向、
(7)1つ又は複数の軸を中心としたオブジェクトの角度を変えるために、1つ又は複数の軸を中心とした回転方向によって制御される。
[0052] 本明細書で使用される場合、「複雑なオブジェクト」もしくは「複雑面を備えるオブジェクト」又は文法的等価物は、少なくとも1つの複雑面を備えるあらゆるオブジェクトを指す。本明細書で使用される場合、巨視的な「複雑面」は、(a)非平面、(b)90度以外の角度で交わる2つ以上の平面、(c)オブジェクトの他の表面に関連した少なくとも1つの三次元の内部もしくは外部形体、又は(d)それらの組合せである。巨視的な複雑なオブジェクトは、立方体などの6つの直交する表面を有するオブジェクトを含まない。
[0066] マイクロスコピックスケールで、薄膜は1μ〜1000μの厚さを有することができるが、通常は1μ〜約500、1μ〜250μ、1μ〜100μ又は1μ〜10μの範囲である。これらの範囲の最小厚さは、2μ、5μ、10μ又は100μであることが可能である。
Ra=(|area abc|+|area cde|)/f
によって得られる(式中fはフィードである)。
(1)表面高さの平均的挙動を提供する統計記述子。例えば、平均粗度Ra,二乗平均平方根粗度Rq、歪度Sk及び尖度K。
(2)単発事象に依存する極値記述子。例は、最大ピーク高さRp、最大谷高さRv、及び谷高さに対する最大ピークRmaxである。
(3)複数の事象に基づいた表面の変化を説明する構造記述子。この記述子の例は相関長である。
[0078] 本明細書に使用される場合、用語「均一な薄膜」又は文法的等価物は、均一な厚さを有する薄膜を指す。薄膜は、厚さが10パーセント以下、より好ましくは5パーセント以下、最も好ましくは1パーセント以下だけ変化する場合に、均一な厚さを有する。厚さは、オブジェクトの表面の平均高さと薄膜の表面の平均高さとの差として測定できる。
[0082] 一部の実施形態では、薄膜は、オブジェクトの表面に共有結合される。一部の従前のオブジェクトは、オブジェクトの表面に共有結合された薄膜を有していた。しかし、本明細書に開示された薄膜は、先行技術の薄膜と比較してオブジェクトの表面により大きい粘度を有する。
[0088] 巨視的なオブジェクトには、太陽電池、燃料電池、エンジン部品、タービン翼、プロペラ、弁、フランジ、マフラー及び車輪リムなどの自動車部品、半導体加工装置の構成部品、パイプ及びチューブ、予め切断した半導体ウェハ、可撓性の電子機器並びに標準電子ボードが含まれる。予め切断した半導体ウェハは、通常8〜12インチの直径を有し、複数のチップ又はプロセッサを含む。
[0090] 本明細書で使用される場合、用語「ジンバル」は、オブジェクトが単一の軸を中心に又は単一の軸の周囲を回転することができるあらゆる枢動される支持部を指す。2つのジンバルを使用する一部の実施形態では、2つのジンバルに対する回転軸が同一点で交差することが好ましい。3つのジンバルが使用される場合、少なくとも2つの、好ましくは3つの軸が同一点で交差することが好ましい。
[0095] 図9は、第1のジンバル902を示し、第1のジンバル902は駆動軸904に連結され、駆動軸904は次いで電気モータ(図示せず)に連結される。第2のジンバル906は、軸908及び910を介して第1のジンバル902に回転可能に取り付けられる。軸908及び910は、それぞれモータ912及び914に取り付けられる。第3のジンバル916は、軸918及び920を介して第2のジンバル906に回転可能に取り付けられる。軸918はモータ922に取り付けられるが、軸920はモータ924に連結される。2つの対向するオブジェクトホルダ924は第3のジンバル316に取り付けられる。オブジェクト926は、オブジェクトホルダ324によって係合され保持される。
[0105] 図12は塗布装置2を示す。フレーム4は、装置を使用する時に塗布液を含有するタンク6を支持する。フレーム4のレール8及び10は、垂直追跡部材14、ステップモータ16及び水平支持部材18を備えるアクチュエータ組立体12を支持する。ステップモータ16は、水平部材18を垂直追跡部材14に沿って移動させて部材18を上下させることができる。
[0112] 2及び/又は3つの軸を中心に回転するオブジェクトによって経験する面積力は、2及び/又は3つの軸を中心とするオブジェクトの回転によって生成される遠心力と重力とのベクトルの組合せである。
Feffective(total)=Fgravity(z)+Fcentripetal(r, theta, psi);
又は
Fapparent(total)=Fgravity(z)+Fcentrifugal(r, theta, psi)。
以下のように書くことができる(式中、rは半径であり、theta(シータ)は回転の角度であり、psi(プサイ)は回転軸からの角度である)。
半径方向に沿った遠心加速度は
[0118] 塗布液は、薄膜を塗布するために使用されるあらゆる塗布液であることが可能である。こうした液体には、有機ポリマー、有機モノマー及びソルゲル前駆体が含まれる。
[0143] 溶剤は大きく2つのカテゴリー、すなわち、極性及び非極性に分類できる。概して、溶剤の誘電率は、溶剤の極性の大まかな測定を提供する。水の強極性は20℃で80の誘電率を示す。15未満の誘電率である溶液は、概して非極性であるとみなされる。技術的には誘電率は、溶剤内に浸漬された荷電粒子を包囲する電界の電界強度を低減するための溶解度を測定する。次いでこの低減を、真空における荷電粒子の電界強度と比較する。本明細書に開示されたように溶剤又は混合された溶剤の誘電率は、溶質の内部荷電を低減するその溶解度であると考えることができる。これは、上に論じられた活性化エネルギーの低減に対する理論的基礎である。
[0160] 前駆体溶液中の金属及び/又は半金属前駆体の総量は、前駆体が液体である場合、概して約5vol%〜40vol%である。しかし、総量は約5vol%〜約25vol%、好ましくは約5vol%〜15vol%でもよい。
[0163] 塗布方法は、オブジェクトのすべて又は一部を第1の垂直軸に沿って塗布液の中に浸漬させること、オブジェクトを塗布液から引き抜くこと、並びにオブジェクトを第1及び第2の軸を中心に回転させることを含む。第1及び第2の軸を中心に回転させることにより、オブジェクトの表面上に遠心力を生成し、これは重力との組合せで塗布された表面のすべて又は一部を覆う塗布液の均一な膜を形成する。場合によっては、第1の軸及び第2の軸を中心とする回転は同時に起きる。別の場合では、第1の軸及び第2の軸を中心とする回転は異なった時に起きる。
[0169] 好ましい実施形態では、オブジェクトを塗布するためのシステムは、4つの構成部品、すなわち(1)前処理ユニット、(2)第1の加工ユニット、(3)第1の後処理ユニット、及び、(4)それぞれがオブジェクトと係合し、上に説明されたようにオブジェクトを2つ以上の軸を中心に又は2つ以上の軸の周囲を回転させるように構成された、1つ又は複数の塗布装置を備える。図17は、例示的システム1700の平面図である。該システムは外壁1702によって閉囲される。前処理ユニット1704、加工ユニット1706及び後処理ユニット1708はこれらの壁で囲まれている。システムは、塗布装置1710を前処理ユニット1704と第1の加工ユニット1706との間、及び、第1の加工ユニット1706と第1の後処理ユニット1708との間を移動させることができるように構成される。システム又は1つもしくは複数のユニット1704、1706及び/もしくは1708は、好ましくはシステム又はユニット内部の温度及び大気を制御できるように閉囲される。
Claims (20)
- 第1ジンバルと、
第2ジンバルと、
2つの対向するオブジェクトホルダと、を備える塗布装置であって、
前記第1ジンバルは、第1モータに接続された第1シャフトに取り付けられ、
前記第2ジンバルは、第2シャフト及び第3シャフトを用いて前記第1ジンバル内に回転可能に取り付けられ、
前記第2シャフトは第2モータに接続され、
前記第3シャフトは第3モータに接続され、
前記2つの対向するオブジェクトホルダは前記第2ジンバルに取り付けられ、
前記2つの対向するオブジェクトホルダは、オブジェクトに係合してオブジェクトを保持するように構成され、
前記第1シャフトは、前記オブジェクトが少なくとも1つの塗布容器上にあって前記少なくとも1つの塗布容器内に含まれる塗布溶液に前記オブジェクトを浸漬するときに、垂直に下方に移動するように構成され、
前記第1シャフトは、前記少なくとも1つの塗布容器内に含まれる前記塗布溶液の外側に前記オブジェクトを引き抜くために垂直に上方に移動するように構成され、
前記塗布溶液から前記オブジェクトを引き抜いた後に、前記第1モータ、前記第2モータ及び前記第3モータは、2以上の軸を中心にした又は2以上の軸の周囲での同時の前記オブジェクトの回転によって生成された多方向の遠心力を用いて前記オブジェクトの複雑面上に前記塗布溶液を分散するために前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で前記オブジェクトを回転させるように構成され、
前記2以上の軸の第1軸は、前記第1ジンバルに取り付けられた前記第1シャフトによって規定され、
前記2以上の軸の第2軸は、前記第1ジンバル内で前記第2ジンバルに取り付けられた前記第2シャフト及び前記第3シャフトによって規定される、塗布装置。 - 第3ジンバルをさらに備え、
前記2つの対向するオブジェクトホルダは、前記第3ジンバルによって前記第2ジンバルに取り付けられ、
前記第3ジンバルは、第4シャフト及び第5シャフトを用いて前記第2ジンバル内に回転可能に取り付けられ、
前記第4シャフトは第4モータに接続され、
前記第5シャフトは第5モータに接続され、
前記塗布溶液から前記オブジェクトを引き出した後、前記第1モータ、前記第2モータ、前記第3モータ、前記第4モータ及び前記第5モータは、前記2以上の軸を中心にした又は前記2以上の軸の周囲の同時の前記オブジェクトの回転によって生成された多方向の遠心力を用いて前記オブジェクトの複雑面上に前記塗布溶液を分散させるために前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で前記オブジェクトを回転させるように構成され、
前記2以上の軸の第3軸は、前記第2ジンバル内で前記第3ジンバルに取り付けられた前記第4シャフト及び前記第5シャフトによって規定される、請求項1に記載の塗布装置。 - 前記第1シャフトの少なくとも第1部分は前記塗布溶液内に浸漬可能であり、
前記2つの対向するオブジェクトホルダの少なくとも第2部分は前記塗布溶液内に浸漬可能である、請求項1に記載の塗布装置。 - 前記第1シャフトの前記少なくとも第1部分及び前記2つの対向するオブジェクトホルダの前記少なくとも第2部分の各々は不活性材料によって被覆される、請求項3に記載の塗布装置。
- 前記第1ジンバルは、円、半円、四分円、正方形、長方形及び八角形から構成された群から選択される形状を有している、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ及び前記第3モータは、前記2以上の軸の各々を中心に又は前記2以上の軸の各々の周囲で約150〜500RPMの回転速度で前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記塗布溶液の厚さ及び均一性は、前記2以上の軸の各々を中心とした又は前記2以上の軸の各々の周囲での前記オブジェクトの回転の速度と、前記2以上の軸の各々の時間進行と、によって制御される、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記塗布装置は、プラズマヘッドを用いて前処理されている間に、前記オブジェクトに係合して、前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で前記オブジェクトを回転させる、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ及び前記第3モータは、前記少なくとも1つの塗布容器内に含まれた前記塗布溶液内に前記オブジェクトが浸漬されるときに前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ、前記第3モータ、前記第4モータ及び前記第5モータは、前記少なくとも1つの塗布容器内に含まれた前記塗布溶液内に前記オブジェクトが浸漬されるときに前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項2に記載の塗布装置。
- 前記第1シャフトの少なくとも第1部分は前記塗布溶液内に浸漬可能であり、
前記2つの対向するオブジェクトホルダの少なくとも第2部分は前記塗布溶液内に浸漬可能であり、
前記第1モータ、前記第2モータ又は前記第3モータのうちの少なくとも1つの少なくとも第3部分は前記塗布溶液内に浸漬可能であり、
不活性材料が、前記第1シャフトの前記少なくとも第1部分、前記2つの対向するオブジェクトホルダの前記少なくとも第2部分、前記第1モータ、前記第2モータ又は前記第3モータのうちの少なくとも1つの前記少なくとも第3部分、の各々を被覆する、請求項9に記載の塗布装置。 - 前記不活性材料はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である、請求項11に記載の塗布装置。
- 前記2以上の軸の前記第1軸及び前記2以上の軸の前記第2軸は同一点で交差する、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記2以上の軸の前記第1軸、前記第2軸及び前記第3軸のうちの少なくとも2つが同一点で交差する、請求項2に記載の塗布装置。
- 前記2以上の軸の前記第1軸、前記第2軸及び前記第3軸が同一点で交差する、請求項14に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ及び前記第3モータは、前記2以上の軸の前記第1軸及び前記第2軸のうちの少なくとも1つの周囲で少なくとも360°にわたって前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ及び前記第3モータは、前記2以上の軸の前記第1軸及び前記第2軸の周囲で少なくとも360°にわたって前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項1に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ、前記第3モータ、前記第4モータ及び前記第5モータは、前記2以上の軸の前記第1軸、前記第2軸及び前記第3軸のうちの少なくとも3つの周囲で少なくとも360°にわたって前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項2に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ、前記第3モータ、前記第4モータ及び前記第5モータは、前記2以上の軸の前記第1軸、前記第2軸及び前記第3軸のうちの少なくとも1つを中心に少なくとも360°未満にわたって前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項2に記載の塗布装置。
- 前記第1モータ、前記第2モータ、前記第3モータ、前記第4モータ及び前記第5モータは、前記2以上の軸を中心に又は前記2以上の軸の周囲で約150〜500RPMの回転速度で前記オブジェクトを回転させるように構成される、請求項2に記載の塗布装置。
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