JP2007533860A - プラスチック基板上で低温無機膜を堆積させる方法及び装置 - Google Patents

プラスチック基板上で低温無機膜を堆積させる方法及び装置 Download PDF

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Abstract

本発明においては大面積プラスチック基板上に低温無機膜を堆積させる方法及び装置が記載される。低温(<80℃)無機膜は、プラスチック基板にほとんど付着しない。それ故、接着性を改善するために低温(<80℃)プラズマ前処理が加えられる。プラズマ前処理した無機膜は、良好な接着と気密性を示す。
【選択図】 図5

Description

発明の背景
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、化学気相堆積処理を用いた薄膜の堆積に関する。特に、本発明は、大面積プラスチック基板上に低温無機膜を堆積させる方法及び装置に関する。
関連技術の説明
[0002]有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイは、液晶ディスプレイ(LCD)に比べて、応答時間が速く、視角が広く、コントラストが高く、より軽量で、より低電力で、可撓性基板の影響を受けやすいことから考えて、ディスプレイ応用においては、最近かなりの関心を得ている。有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイは、二重層有機発光デバイスからの効率的なエレクトロルミネセンス(EL)がC.W.TangとS.A.Van Slykeによって1987年に報告された後、LCDディスプレイに対して重大な競争物となっている。数多くの有機物質が、青色領域を含む可視スペクトルにおいては、非常に高い蛍光量子効率をもっていることが知られ、一部は100%に近い。この点においては、有機物質は、理想的には、多色ディスプレイ応用に適している。しかしながら、有機ELデバイスの開発は、単一層有機結晶の中に電荷を注入するために必要とされる電圧が高いため成功しなかった。C.W.TangとS.A.Van Slykeによる二重層又は有機物質の発見は、単極(ホール)輸送だけができる一方の層とエレクトロルミネセンスのもう一方の層をもつ2つの注入電極の間に挟まれた有機物質の単一層と対照的に、動作電圧を下げ、OLEDの実用的な応用を可能にする。
[0003]二重層OLEDの発見後、OLEDの有機層は、多重層に進展し、各層は異なる機能を働いた。OLEDセル構造は、透明アノードと金属カソードの間に挟まれた有機層のスタックからなる。図1は、基板101上に蓄積されるOLEDデバイス構造を示す一例である。透明アノード層102が基板101上に堆積した後、有機層のスタックがアノード層102上に堆積される。有機層は、ホール注入層103と、ホール輸送層104と、放出層105と、電子輸送層106と、電子注入層107と、を含む。有機層の5層すべてがOLEDセルを蓄積させるために必要とされないことは留意すべきである。二重層OLEDデバイスは、1987年のAppliedPhysics Letterの51巻、913頁に記載され、ホール輸送層104と放出層105のみを含有する。有機層堆積後、金属カソード108が有機層のスタックの最上部上に堆積される。適切な電圧110(典型的には数ボルト)がセルに印加される場合、注入された正電荷と負電荷は、放出層で再結合して、光120を生成する(エレクトロルミネセンス)。有機層の構造及びアノードとカソードの選択は、放出層での再結合プロセスを最大にするように設計され、従って、OLEDデバイスからの光出力が最大になる。
[0004]初期の研究から、OLEDが、EL効率の低下と駆動電圧の増加を特徴とする、限られた寿命をもつことが示された。OLEDの劣化の主な理由は、水分又は酸素の進入による非放出ダークスポットの形成である。放出層は、しばしば8-ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq)から生成される(化学構造については図2を参照のこと)。湿り大気にさらされると、最初のアモルファス膜においてAlq結晶構造の形成が誘発されることがわかる。Alq層に結晶クラスタが形成されると、カソードが剥離を起こし、その結果、時間で成長する非放出ダークスポットが生じる。
[0005]従って、下でOLEDデバイスを保護するために、気密性と接着性が良好な大面積のプラスチック基板上に不動態化膜を堆積させる方法がなお求められている。
発明の概要
[0006]基板上に低温無機膜を堆積させる方法及び装置の実施形態が提供される。一実施形態においては、基板上に無機膜を堆積させる低温薄膜堆積法は、連続して、堆積プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、基板上に80℃未満の温度で無機膜を堆積させるステップを含む。
[0007]他の実施形態においては、基板上に無機膜を堆積させる方法は、連続して、堆積プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、シリコン含有ガス、NH、窒素含有ガス、酸素含有ガス、及びそれらの組合わせからなるグループより選ばれたガス混合物で基板上に80℃未満の温度で無機膜を堆積させるステップを含む。
[0008]他の実施形態においては、基板上に不動態化膜を堆積させる低温薄膜堆積法は、連続して、堆積プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、基板上に80℃未満の温度で不動態化膜を堆積させるステップとを含む。
[0009]更に他の実施形態においては、装置は、堆積プロセスチャンバと、プラスチック基板を支持するためにチャンバ内に配置された基板支持体と、堆積プロセスチャンバ内にプラズマガスを供給するようにチャンバに結合されたRF源と、堆積プロセスチャンバに無機ガスを供給するガス源と、基板の温度を80℃以下に制御し且つその上に無機膜を堆積させるコントローラとを含む。
[0010]本発明の上記特徴が詳細に理解されうるように、上で簡単にまとめた本発明のより詳しい説明は、実施形態によって参照することができ、その一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示し、それ故、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきでなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態を許容するものである。
好適実施形態の詳細な説明
[0017]本発明は、一般的には、大面積プラスチック基板上に低温膜を堆積させる方法及び装置に関する。本発明は、プラスチック基板上のOLED、有機TFT、太陽電池等のあらゆるデバイスに適用する。基板は、半導体ウエハ製造には円形で又はフラットパネルディスプレイ製造には矩形のような多角形である。フラットパネルディスプレイの表面積矩形基板は、典型的には大きく、例えば、少なくとも約300mm×約400mm(又は、120,000mm)の矩形である。
[0018]本発明は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズの事業部、AKTから入手できる、プラズマ増強型化学気相堆積(PECVD)システムのような大面積の基板を処理するように構成されたプラズマ増強型化学気相堆積システムによって、下で説明的に記載される。しかしながら、本発明は、円形の基板を処理するように構成されたシステムを含む、他の化学気相堆積システムや他の膜堆積システムのような他のシステム構成に効用があることは理解されなければならない。
[0019]窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化シリコン(SiO)のようなプラズマ増強型化学気相堆積(PECVD)膜は、シリコン集積回路(IC)チップの平面部分のメタライゼーションに効果的な不動態化オーバーコートとして、70年代初頭に開発された。そのとき以来、SiN、SiON、SiOの膜は、水分、空気、腐食性イオンに対する効果的なバリヤ層として、プラスチック封入超小型回路の電子パッケージにも適用されてきた。SiN膜やSiON膜は、水分や空気を阻止するのに特に効果的であり、気密性が良好である。OLEDの最上部上に気密性をもつ不動態化層を堆積させると、非放出ダークスポットによる現在の問題がかなり減少し、デバイスの寿命が長くなる。有機層中に残留水分が存在すると、封入デバイスにおいてさえAlq結晶化プロセスが促進してしまうことに留意することは重要である。堆積した不動態化層は、膜の多層を含み得る。
[0020]有機層の熱安定性について懸念があるために、不動態化層堆積プロセスは、80℃未満のような低温で保持されなければならない。良好な気密性に加えて、不動態化膜は、膜が基板表面から離れず、また、水分や空気が浸透して、膜が不動態化すると考えられる下でデバイスを劣化させないことを確実にするために、プラスチック基板に良く付着させることを必要とする。
[0021]図3は、基本的なOLEDデバイス構造の一例を示す図である。透明アノード層202は、ガラス又はポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリエチレンナフタレート(PEN)のようなプラスチックから製造できる基板201上に堆積される。透明アノード層202の一例は、200オングストローム〜2000オングストロームの範囲にある厚さをもつ酸化インジウムスズ(ITO)である。ホール輸送層204はアノード層202の最上部上に堆積する。ホール輸送層204の例は、ナフチル置換ベンジジン(NPB)誘導体、N,N'-ジフェニル-N,N'-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジミン(TPD)であるジアミン(化学構造については図4を参照のこと)を200オングストローム〜1000オングストロームの範囲で含む。TPDは、2×10-6トール未満の底面圧をもつ真空チャンバ内で、バッフル付きMoるつぼからの熱蒸発によって基板上に堆積させることができる。
[0022]ホール輸送層204の堆積後、放出層205が堆積される。放出層205の材料は、典型的には、蛍光金属キレート錯体の種類に属する。一例は、8-ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq)である。放出層の厚さは、典型的には、200オングストローム〜1500オングストロームの範囲にある。放出層205の堆積後、有機層がパターン形成される。その後、最上部の電極208が、堆積され、パターン形成される。最上部の電極208は、金属、金属の混合物、又は、金属の合金であり得る。最上部の電極の一例は、1000オングストローム〜3000オングストロームの範囲の厚さの、マグネシウム(Mg)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)の合金である。
[0023]OLEDデバイス構成が完成した後、不動態化層209が堆積される。気密性を有する不動態化層の例としては、窒化シリコン(SiN)又は酸窒化シリコンSiONが含まれ、300オングストローム〜5000オングストロームの厚さ範囲で堆積される。
[0024]有機層の熱安定性について懸念があるために、不動態化層堆積プロセスは、80℃未満のような低温で保持されなければならない。SiN膜は、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと基板表面の間、約40℃〜約80℃の堆積温度によって、SiHのようなシリコン含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量、NHのような窒素含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量で及び/又はNのような他の窒素含有ガスを約2000sccm〜約6000sccmの流量で流すことによって堆積させることができる。SiON膜は、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.4インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度によって、SiHのようなシリコン含有ガスを約50sccm〜約500sccmの流量、NOのような酸素含有ガスを約200sccm〜約2000sccmの流量、Nのような窒素含有ガスを約3000sccm〜約6000sccmの流量で流すことによって堆積させることができる。SiO膜は、約1000ワット〜約4000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度によって、SiHのようなシリコン含有ガスを約100sccm〜約600sccmの流量、NOのような酸素含有ガスを約5000sccm〜約15000sccmの流量で流すことによって堆積させることができる。
[0025]低温気密性膜堆積の1つの課題は、PET又はPENのようなプラスチック基板に対する接着性である。不動態化層と基板の間が良好に接着しないと、堆積した不動態化膜は基板から離れ気密性を失うことがある。不動態化膜堆積の前のプラズマ処理は、接着性を改善し得る。下で有機層の熱不安定性の懸念もあるために、プラズマ処理プロセスは低温(<80℃)であることを必要とする。接着の質は、厳しい水分条件下で膜の完全性と接着性を強調するために用いられる、沸騰水(約110-120℃)の入った圧力鍋の中に99分間浸漬された堆積した基板について目視検査とスコッチテープ剥離試験によって試験される。圧力鍋は、イリノイ州レイクフォレストのSalton社製のFarberware圧力鍋である。目視検査は、全体の接着の課題を検出するために用いられる。接着性が“悪い”場合には、堆積した膜は、基板から剥離してしまい、基板表面上に泡を生じることがあり、基板の一部に又は基板全体にわたって透明で光沢がある代わりに、霧がかかったように見えることもある。スコッチテープの剥離テストは、堆積した基板が目視検査を合格した後に行われる。スコッチテープの剥離テストは、一枚のスコッチテープの粘着性面を基板表面上に配置し、その後、基板表面からテープを剥がすことにより行われる。接着性が“良好”である場合には、スコッチテープは堆積した膜を持ち込まずに剥がれる。接着性が十分に良好でない場合には、堆積した膜は基板表面から離れ、スコッチテープと剥がれる。堆積した基板が目視検査を合格するが、スコッチテープの剥離テストに落ちた場合、接着性は“不合格”と記載される。
[0026]表1は、プラズマ処理せずにPETプラスチック基板上に堆積される種々の不動態化膜の堆積条件を示すものである。膜はすべて、目視検査によって、2時間沸騰水中に配置された後のPET基板に対する接着が貧弱である。“悪い”粘着性は、膜が基板から剥がれるのを目で見ることができるか又は膜が、圧力鍋ストレスの前又は後の接着が悪いために“霧がかかっている”ように見えることを意味する。基板に良く付着する誘電体膜は、基板上で透明で光沢があるように見え且つ基板を反射させる。表1の膜はすべて、60℃で堆積させ、厚さが約10000オングストロームである。
Figure 2007533860
[0027]表1におけるプラズマ前処理せず堆積したSiN、SiON、SiOの膜の悪い接着結果は、堆積した膜と基板の間の接着を改善させるために下記のプラズマ前処理が必要であるということを示している。図5は、不動態化層堆積と不動態化層堆積の前のプラズマ処理プロセスステップのプロセスフロー500示す図である。ステップ510は、基板上にOLEDデバイスを形成するプロセスを記載している。その後、基板は、ステップ520で堆積プロセスチャンバ内に配置される。不動態化層を堆積させる前に、基板はステップ530でプラズマ処理を受け、基板に対する不動態化層の接着が増加する。プラズマ処理ステップ530後、基板はステップ540で不動態化層堆積を受ける。不活性ガスの例としては、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、キセノン(Xe)、クリプトン(Kr)、及びそれらの組合せが含まれ、通常にはアルゴンやヘリウムが用いられる。
[0028]プラズマ処理は、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、キセノン(Xe)又はクリプトン(Kr)のような不活性ガス、H又はNHのような水素含有ガス、N又はNHのような窒素含有ガス、又はこれらのガスの混合物で行うことができる。プラズマ処理ガスの流量は500sccm〜約4000sccmである。処理プロセスの圧力は0.1トール〜5トールに下げる。基板とガス拡散プレートとの間の間隔は約0.4インチ〜約1.4インチである。プラズマ電力は約400ワット〜約3000ワットである。プラズマ処理時間は2秒〜約10分である。処理プロセスに影響し得るパラメータとしては、堆積した膜の種類、基板材料、処理ガスの種類、処理ガスの流量、圧力、基板とガス拡散プレートとの間の間隔、プラズマ電力レベル、プラズマ処理時間が含まれる。プラズマはインサイチュ又はエクスサイチュで(又は遠隔で)生成することができる。プラズマ電源はRF電力又はマイクロ波電力であり得る。
[0029]表2は、PET基板上のSiN膜の接着改善に関するArプラズマ処理の影響を示すものである。SiN膜は、250sccmのSiH、300sccmのNH、5500sccmのN、900ワットのRFによって、2.1トールの圧力、0.9インチのガス拡散プレートと基板表面との間隔、60℃の温度で、約5000オングストロームの厚さに堆積される。Arプラズマ前処理は、1500sccmのAr、1.2トール、1インチのガス拡散器と基板表面との間隔、60℃で処理される。
Figure 2007533860
表2のデータは、750ワットのRF電力で120秒間プラズマ前処理をすると、良好な接着性が得られ、より長い240秒間の前処理では、接着性が良好から普通に低下することを示している。“良好な”接着は、目視検査もスコッチテープ剥離試験も全基板にわたって剥離が見られないことを意味する。“普通の”接着は、堆積した基板が目視検査を合格するが、スコッチテープ剥離試験は失敗することを意味する。堆積した基板はすべて、沸騰水の入った圧力鍋の中に99分間浸漬された。結果は、より長いプラズマ処理が必ずしも良好な接着性を得ないことを示している。表2のデータは、また、接着性が90秒〜180秒で良好であるので、1000ワットでのプロセス窓がかなり広いということを示している。1800ワットでは、接着性は30秒と60秒の処理が良好である。
[0030]表3は、約5000オングストロームの厚さの2つのSiON膜、SiON-2とSiON-4の接着改善についてArプラズマ処理の影響を示すものである。両方のSiON膜は、750sccmのNO、4500sccmのN、1150ワット、1.9トールのチャンバ圧、1インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃の基板温度によって堆積される。SiON-2は、200sccmのSiHで堆積し、SiON-4は300sccmのSiHで堆積される。Arプラズマ前処理は、1500sccmのAr、1.2トール、1インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃の基板温度によって処理される。
Figure 2007533860
表3の結果は、Ar前処理がSiON-2膜の場合にスコッチテープ剥離試験が失敗であることを意味する普通の接着結果しか得られず、SiON-4膜は、目視検査において悪い接着を反映する霧がかかっていることが見られることを示している。
[0031]Arプラズマ処理に加えて、Hプラズマ処理についてSiON膜上で試験した。表4は、約5000オングストロームの厚さの3つのSiON膜、SiON-2、SiON-3、SiON-4の接着改善についてのHプラズマ処理時間の影響を示すものである。3つのSiON膜はすべて、750sccmのNO、4500sccmのN、1150ワット、1.9トール、0.7インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃の基板温度で堆積される。SiON-2は、200sccmのSiHで堆積され、SiON-3は250sccmのSiHで堆積され、SiON-4は300sccmのSiHで堆積される。Hプラズマ前処理は、1500sccmのH、1.5トール、1インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃で処理される。
Figure 2007533860
[0032]1500ワットのRF、1.5インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔で120秒間Hプラズマ処理により、霧がかかったPET基板上のSiON-2膜が得られる。1000ワットと2000ワットのRF電力、1インチの間隔によって90秒間と180秒間のHプラズマ処理により、SiON-3膜とPET基板の間に良好な接着性が得られる。1500ワットのRF電力、1インチの間隔で120秒間Hプラズマ処理を受けるSiON-4膜は良好な接着結果を示す。
[0033]上記の結果は、Arのような不活性ガス、又はHのような水素含有ガスによるプラズマ前処理が、PETのようなプラスチック基板上でSiN、SiON又はSiOのような不動態化層の接着を改善させることを示している。ここで示されるデータは、単に無機不動態化(又は気密性)膜とプラスチック基板の間の接着性を改善させるためにプラズマ処理を用いることの実行可能性を証明するためのものである。堆積した膜の種類、基板材料、プラズマ処理ガスの種類、プラズマ処理ガスの流量、プラズマ電力レベル、プラズマ圧、基板とガス拡散プレートとの間の間隔、プラズマ処理時間は全て、プラズマ処理に影響し且つ接着性に影響する。
[0034]良好な接着性に加えて、OLEDデバイスを保護するために用いられる不動態化膜は、気密性ももたなければならない。表5は、SiON膜とSiN膜の酸素透過性を比較するものである。SiN膜は、250sccmのSiH、300sccmのNH、5500sccmのN、900ワットのRF、2.1トールの圧力、0.9インチのガス拡散プレートと基板表面との間隔、60℃の温度で、約5000オングストロームの厚さに堆積される。SiN膜を堆積させる前に、PETプラスチック基板はArプラズマ前処理を受ける。Arプラズマ前処理は、1500sccmのAr、1000ワット、1.2トール、1インチのガス拡散器と基板表面との間隔、60℃で120秒間処理される。堆積した基板が沸騰水の入った圧力鍋の中に99分間浸漬した後、堆積したSiN膜は目視と剥離試験の双方を合格する。SiON-5膜は、130sccmのSiH、750sccmのNO、4500sccmのN、1150ワット、1.9トール、0.7インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃の基板温度で、約5000オングストロームの厚さに堆積させる。SiON-5膜を堆積させる前に、PETプラスチック基板はHプラズマ前処理を受ける。Hプラズマ前処理は、1500sccmのH、1500ワット、1.5トール、1インチのガス拡散プレートと基板表面との間の間隔、60℃で120秒間処理される。堆積した基板が沸騰水の入った圧力鍋の中に99分間浸漬された後、堆積したSiON-5膜は目視と剥離試験の両方を合格する。SiON-5膜は、また、85℃で85%の水分(85%/85℃)の100時間水分ストレスを残存している。SiON-5膜の堆積速度は、-0.50E9ダイン/cmの膜応力において約872オングストローム/分である。
Figure 2007533860
[0035]O透過性試験は、ミネソタ州ミネアポリスのMocon社によって製造された酸素透過率測定システムOX-TRANによって行われる。測定は、PET基板上に堆積された5000オングストローム膜で25℃において行われる。結果は、SiNとSiON-5の膜の酸素透過性が共に低いことを示している。SiON-5膜の酸素透過性はSiN膜より低い。
[0036]酸素透過性試験に加えて、水透過性についてもSiON-5が測定される。水透過性試験は、ミネソタ州ミネアポリスのMocon社によって製造された水蒸気透過率測定システムPERMATRAN-Wによって行われる。測定された水蒸気透過度(WVTR)は、PET基板上に堆積された10,000オングストローム膜について3.3g/m.日である。収集WVTRの他に、沸騰水の入ったFarberware圧力鍋に堆積された基板を30時間浸漬した前後にSiON-5膜の反射指数(RI)と厚さを比較することによって極端な水透過性試験が行われる。膜厚とRIをシリコン基板上で測定することがより容易であるので、シリコン基板上に堆積されたSiON-5について測定を集めた。表6は、圧力鍋ストレス前後のSiON-5膜の厚さとRIを示すものである。
Figure 2007533860
[0037]結果は、極端な水分ストレス後の厚さと反射指数(RI)の変化が非常に小さいことを示している。上の結果は、プラズマ前処理をして堆積されたSiN又はSiONのような低温不動態化膜の接着と気密性が良好であることを示している。
[0038]図6は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズの事業部、AKTから入手できるプラズマ増強型化学気相堆積システム600の一実施形態の概略断面図である。システム600は、一般的には、ガス源604に結合された処理チャンバ602を含む。処理チャンバ602は、部分的にプロセス容積612を画成する壁606と底面608を有する。プロセス容積612は、典型的には、処理チャンバ602へ、また、処理チャンバ602から基板の移動の助けをする壁606のポート(図示せず)を通って接近する。壁606と底面608は、典型的には、単位ブロックのアルミニウム又は処理と適合する他の材料から製造される。壁606は、排気口にプロセス容積612を結合するポンププレナム614を有するリッドアセンブリ610を支持する。そのポンププレナム614は、(様々なポンプ要素を含む、図示せず)。
[0039]温度制御された基板支持アセンブリ638は、処理チャンバ602の中の中心に配置される。支持アセンブリ638は、処理中、ガラス基板640を支持する。一実施形態においては、基板支持アセンブリ638は、少なくとも1つの埋め込みヒータ632を封入しているアルミニウム本体624を備えている。支持アセンブリ638内に配置された抵抗素子のようなヒータ632は、任意の電源674に結合され、支持アセンブリ638とその上に配置されたガラス基板640を所定の温度に制御可能に加熱する。典型的には、CVDプロセスにおいては、ヒータ632は、ガラス基板640を約150〜少なくとも約460℃の一様な温度で維持し、堆積されている材料の堆積処理パラメータに左右される。
[0040]一般的には、支持アセンブリ638は、下面626及び上面634を有する。上面634はガラス基板640を支持する。下面626はそこに結合されたステム642を有する。ステム642は、高い処理位置(図示された)と処理チャンバ602へ、また、処理チャンバ602から基板搬送を容易にする低い位置の間で支持アセンブリ638を移動させるリフトシステム(図示せず)に支持アセンブリ638を結合する。ステム642によって、更に、支持アセンブリ638とシステム600の他の要素の間のリード線と熱電対リード線のコンジットが設けられる。
[0041]ベローズ646は、支持アセンブリ638(又はステム642)と処理チャンバ602の底面608の間に結合される。ベローズ646によって、支持アセンブリ638の縦の移動を容易にしつつチャンバ容積612と処理チャンバ602の外側の雰囲気の間に真空シールが設けられる。
[0042]支持アセンブリ638は、一般的には、リッドアセンブリ610と基板支持アセンブリ638の間に位置するガス分配プレートアセンブリ618に電源622によって供給されるRF電力(又はチャンバのリッドアセンブリ内に又は近傍に位置する他の電極)が、支持アセンブリ638と分配プレートアセンブリ618の間のプロセス容積612内に存在するガスを励起することができるように接地される。電源622からのRF電力は、一般的には、化学気相堆積プロセスを駆動させるために、基板の大きさと同じ大きさが選ばれる。
[0043]支持アセンブリ638は、更に、外接するシャドウフレーム648を支持する。一般的には、シャドウフレーム648は、ガラス基板640と支持アセンブリ638の縁部の堆積を防止するので、基板は支持アセンブリ638に付着しない。支持アセンブリ638は、複数のリフトピン650を受け入れるそこを通って配置された複数の穴628を有する。リフトピン650は、典型的には、セラミック又は陽極酸化アルミから構成される。リフトピン650は、任意のリフトプレート654によって支持アセンブリ638に関連して作動し、支持表面630から突出し、それによって、基板が支持アセンブリ638と隔置された関係に配置される。
[0044]リッドアセンブリ610は、プロセス容積612に上方境界を設ける。リッドアセンブリ610は、典型的には、処理チャンバ602を使用可能にするために取り外すことができ開放することもできる。一実施形態においては、リッドアセンブリ610は、アルミニウム(Al)から製造される。
[0045]リッドアセンブリ610は、その中に形成され、外部ポンプシステム(図示せず)に結合されたポンププレナム614を含む。ポンププレナム614は、ガスと処理副生成物をプロセス容積612からと処理チャンバ602から一様に送るために用いられる。
[0046]リッドアセンブリ610は、典型的には、エントリポート680を含み、そこを通ってガス源604によって供給されるプロセスガスが処理チャンバ602に導入される。エントリポート680は洗浄源682にも結合される。洗浄源682は、典型的には、解離したフッ素のような洗浄剤を供給し、処理チャンバ602に導入されて、ガス分配プレートアセンブリ618を含む処理チャンバハードウェアから堆積副生成物や膜を除去する。
[0047]ガス分配プレートアセンブリ618は、リッドアセンブリ610の内側620に結合される。ガス分配プレートアセンブリ618は、典型的には、例えば、大面積の基板に対しては多角形、ウエハに対しては円形のガラス基板640の輪郭に実質的に従って構成される。ガス分配プレートアセンブリ618は貫通領域616を含み、そこを通ってガス源604から供給されるプロセスガスや他のガスがプロセス容積612に分配される。ガス分配プレートアセンブリ618の貫通領域616は、ガス分配プレートアセンブリ618を通過するガスが処理チャンバ602に一様に分配されるように構成される。本発明のためになるように適合されることができるガス分配プレートは、2001年8月8日出願のKellerらによる共同譲渡された米国特許出願第09/922,219号、2002年5月6日出願の第10/140,324号、2003年1月7日出願のBlonlganらによる第10/337,483号、2002年11月12日発行のWhiteらの米国特許第6,477,980号、2003年4月16日出願のCholらによる米国特許出願第10/417,592号に記載され、これらの明細書の記載は本願明細書に全体で含まれるものとする。
[0048]ガス分配プレートアセンブリ618は、典型的には、ハンガープレート660から吊り下げられた拡散プレート658を含む。拡散プレート658とハンガープレート660は、交互に単一の単位部材を備えることができる。複数のガス通路662は、拡散プレート658を通って形成されて、ガス分配プレートアセンブリ618を通ってプロセス容積612に通過するガスの所定の分配を可能にする。ハンガープレート660は、拡散プレート658とリッドアセンブリ610の内面620を隔置された関係で維持し、従って、それらの間にプレナム664が画成される。プレナム664は、リッドアセンブリ610に流れ込むガスを拡散プレート658の幅全体に一様に分配することを可能にするので、ガスは中央の貫通領域616の上に一様に供給され、ガス通路662を通って一様な分配で流れる。
[0049]拡散プレート658は、典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム(Al)、陽極酸化アルミニウム、ニッケル(Ni)又は他のRF導電材料から製造される。拡散プレート658は、基板処理に悪影響を及ぼさないようにアパーチャ666全体に十分な平坦を維持する厚さで構成される。一実施形態においては、拡散プレート658の厚さは約1.0インチ〜約2.0インチである。拡散プレート658は、半導体ウエハ製造に対しては円形で、フラットパネルディスプレイ製造に対しては矩形のような多角形であり得る。フラットパネルディスプレイ応用に対する拡散プレート658の一例は、厚さが1.2インチで約300mm×約400mmの矩形である。
[0050]本発明をある種の実施形態と実例に従って記載してきたが、本発明はそれらに制限されることを意味しない。本明細書のCVDプロセスは、実用的な堆積速度で高品質膜を得るようにガス流量、圧力、温度を調整した他のCVDチャンバを用いて実施することができる。本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されることを意味する。
図1(従来の技術)は、OLEDデバイスを示す概略断面図である。 図2(従来の技術)は、8-ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq)の化学構造を示す図である。 図3は、最上部上に堆積した気密性層をもつ基本的なOLEDデバイスを示す概略断面図である。 図4は、ジアミンの化学構造を示す図である。 図5は、プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積させるステップを示すプロセスフローである。 図6は、本発明のガス分配プレートアセンブリの一実施形態を有する説明的処理チャンバを示す概略断面図である。
符号の説明
101…基板、102…アノード層、103…ホール注入層、104…ホール輸送層、105…放出層、106…電子輸送層、107…電子注入層、108…金属カソード、110…電圧、120…光、201…基板、202…アノード層、204…ホール輸送層、205…放出層、208…最上部の電極、209…不動態化層、600…プラズマ増強型化学気相堆積システム、602…処理チャンバ、606…壁、608…底面、610…リッドアセンブリ、612…プロセス容積、614…ポンププレナム、616…貫通領域、618…ガス分配プレートアセンブリ、624…アルミニウム本体、626…下面、628…穴、632…ヒータ、638…支持アセンブリ、640…ガラス基板、642…ステム、650…リフトピン、654…リフトプレート、658…拡散プレート、660…ハンガープレート、662…ガス通路、664…プレナム、666…アパーチャ、680…エントリポート。

Claims (53)

  1. 基板上に無機膜を堆積させる方法であって、
    該基板を堆積プロセスチャンバ内に配置するステップと、
    該基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、
    該基板上に80℃未満の温度で無機膜を堆積させるステップと、
    を含む前記方法。
  2. 該基板がプラスチックである、請求項1記載の方法。
  3. 該基板がポリエチレンテレフタレート(PET)か又はポリエチレンナフタレート(PEN)である、請求項2記載の方法。
  4. 該無機膜が不動態化膜である、請求項2記載の方法。
  5. 該不動態化膜が、窒化シリコン(SiN)膜、酸窒化シリコン(SiON)膜、酸化シリコン(SiO)膜、又はそれらの組合わせである、請求項4記載の方法。
  6. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、第1窒素含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、第2窒素含有ガスを約2000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiN膜である、請求項5記載の方法。
  7. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該第1窒素含有ガスがNHであり、該第2窒素含有ガスがNである、請求項6記載の方法。
  8. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約50sccm〜約500sccmの流量で、酸素含有ガスを約200sccm〜約2000sccmの流量で、窒素含有ガスを約3000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiN膜である、請求項5記載の方法。
  9. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該酸素含有ガスがNOであり、該窒素含有ガスがNである、請求項8記載の方法。
  10. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約100sccm〜約600sccmの流量で、酸素含有ガスを約5000sccm〜約15000sccmの流量で、約100ワット〜約4000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiO膜である、請求項5記載の方法。
  11. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該酸素含有ガスがNOである、請求項10記載の方法。
  12. 該プラズマ処理プロセスが、不活性ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、又はこれらのガスの混合物で行われる、請求項1記載の方法。
  13. 該不活性ガスが、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、キセノン(Xe)、又はクリプトン(Kr)である、請求項12記載の方法。
  14. 該水素含有ガスがHか又はNHである、請求項12記載の方法。
  15. 該窒素含有ガスがNか又はNHである、請求項12記載の方法。
  16. 該ガス流量が約500sccm〜約4000sccmであり、該圧力が約0.1トール〜約5トールであり、該基板と該ガス拡散プレートとの間の該間隔が約0.4インチ〜約1.4インチであり、該電力が約400ワット〜約3000ワットである、請求項12記載の方法。
  17. 該プラズマ処理時間が2秒〜約10分である、請求項12記載の方法。
  18. 該プラズマ処理プロセスの該プラズマが、該堆積プロセスチャンバ内で生成されるか又は遠隔で生成される、請求項12記載の方法。
  19. 該プラズマ処理プロセスの該プラズマが、RF電力か又はマイクロ波電力で生成される、請求項12記載の方法。
  20. 該基板が、少なくとも120,000mmの表面積を有する矩形である、請求項2記載の方法。
  21. 該プラズマ処理が、該基板上の該無機膜の該接着性を改善するためである、請求項1記載の方法。
  22. 基板上に無機膜を堆積させる方法であって、
    該基板を堆積プロセスチャンバ内に配置するステップと、
    該基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、
    シリコン含有ガス、NH、窒素含有ガス、酸素含有ガス、又はそれらの組合わせからなるグループより選ばれたガスを含むガス混合物によって該基板上に80℃未満の温度で無機膜を堆積させるステップと、
    を含む前記方法。
  23. 該無機膜が、SiHガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、NHガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、Nガスを約2000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiN膜である、請求項22記載の方法。
  24. 該SiON膜が、SiHガスを約50sccm〜約500sccmの流量で、NOガスを約200sccm〜約2000sccmの流量で、Nガスを約3000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積される、請求項22記載の方法。
  25. 該SiO膜が、SiHガスを約100sccm〜約600sccmの流量で、NOガスを約5000sccm〜約15000sccmの流量で、約100ワット〜約4000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積される、請求項22記載の方法。
  26. 該無機膜が該基板に対して良好な接着性を有する、請求項22記載の方法。
  27. 該無機膜が気密性である、請求項22記載の方法。
  28. 該基板がプラスチックであり、少なくとも120,000mmの表面積を有する矩形である、請求項22記載の方法。
  29. 該プラズマ処理が、該基板上の該無機膜の該接着性を改善するためである、請求項22記載の方法。
  30. 基板上に不動態化膜を堆積させる方法であって、
    該基板を堆積プロセスチャンバ内に配置するステップと、
    該基板上でプラズマ処理プロセスを行うステップと、
    その後、該基板上に80℃未満の温度で不動態化膜を堆積させるステップと、
    を含む前記方法。
  31. 該不動態化膜が多層を備えている、請求項30記載の方法。
  32. 該不動態化膜が、窒化シリコン(SiN)膜、酸窒化シリコン(SiON)膜、酸化シリコン(SiO)膜、又はそれらの組合わせを備えている、請求項31記載の方法。
  33. 該基板がプラスチックである、請求項30記載の方法。
  34. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、第1窒素含有ガスを約100sccm〜約500sccmの流量で、第2窒素含有ガスを約2000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiN膜を備えている、請求項32記載の方法。
  35. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該第1窒素含有ガスがNHであり、該第2窒素含有ガスがNである、請求項34記載の方法。
  36. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約50sccm〜約500sccmの流量で、酸素含有ガスを約200sccm〜約2000sccmの流量で、窒素含有ガスを約3000sccm〜約6000sccmの流量で、約400ワット〜約2000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと該基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiON膜を備えている、請求項32記載の方法。
  37. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該酸素含有ガスがNOであり、該窒素含有ガスがNである、請求項36記載の方法。
  38. 該不動態化膜が、シリコン含有ガスを約100sccm〜約600sccmの流量で、酸素含有ガスを約5000sccm〜約15000sccmの流量で、約100ワット〜約4000ワットのRF電力、約0.5トール〜約5.0トールの圧力、約0.4インチ〜約1.1インチのガス拡散プレートと基板との間の間隔、約40℃〜約80℃の堆積温度で流すことにより堆積されたSiO膜を備えている、請求項32記載の方法。
  39. 該シリコン含有ガスがSiHであり、該酸素含有ガスがNOである、請求項38記載の方法。
  40. 該プラズマ処理プロセスが、不活性ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、又はこれらのガスの組合わせで行われる、請求項30記載の方法。
  41. 該不活性ガスが、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、キセノン(Xe)、又はクリプトン(Kr)である、請求項40記載の方法。
  42. 該ガス流量が約500sccm〜約4000sccmであり、該圧力が約0.1トール〜約5トールであり、該基板と該ガス拡散プレートとの間の該間隔が約0.4インチ〜約1.4インチであり、該電力が約400ワット〜約3000ワットである、請求項40記載の方法。
  43. 該プラズマ処理時間が2秒〜約10分である、請求項40記載の方法。
  44. 該プラズマ処理プロセスの該プラズマが、該基板プロセスチャンバ内で生成されるか又は遠隔で生成される、請求項40記載の方法。
  45. 該基板が、少なくとも120,000mmの表面積を有する矩形である、請求項30記載の方法。
  46. 該プラズマ処理が、該基板上の該不動態化膜の該接着性を改善するためである、請求項30記載の方法。
  47. 堆積プロセスチャンバと、
    プラスチック基板を支持する該チャンバ内に配置された基板支持体と、
    該堆積プロセスチャンバ内にプラズマガスを供給する該チャンバに結合されたRF源と、
    該堆積プロセスチャンバに無機ガスを供給するガス源と、
    該基板の温度を80℃以下に制御し且つその上に無機膜を堆積させるコントローラと、
    を備えている装置。
  48. 該RF源が該堆積プロセスチャンバ内に位置するシャワヘッドに結合されている、請求項47記載の装置。
  49. 該RF源がリモートプラズマ源に結合されている、請求項47記載の装置。
  50. 該基板支持体が抵抗加熱素子を含有する、請求項47記載の装置。
  51. 該基板支持体が放射加熱素子を含有する、請求項47記載の装置。
  52. 該堆積プロセスチャンバがプラズマ増強型堆積プロセスチャンバである、請求項47記載の装置。
  53. 該基板が、少なくとも120,000mmの表面積を有する矩形である、請求項47記載の装置。
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