JP2014236148A - 有機分子膜の形成装置および形成方法 - Google Patents

有機分子膜の形成装置および形成方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014236148A
JP2014236148A JP2013117833A JP2013117833A JP2014236148A JP 2014236148 A JP2014236148 A JP 2014236148A JP 2013117833 A JP2013117833 A JP 2013117833A JP 2013117833 A JP2013117833 A JP 2013117833A JP 2014236148 A JP2014236148 A JP 2014236148A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic
processed
film
organic material
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2013117833A
Other languages
English (en)
Inventor
布瀬　暁志
Satoshi Fuse
暁志 布瀬
節子 澁谷
Setsuko Shibuya
節子 澁谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2013117833A priority Critical patent/JP2014236148A/ja
Priority to KR1020140063701A priority patent/KR20140142659A/ko
Priority to US14/291,164 priority patent/US20140357016A1/en
Publication of JP2014236148A publication Critical patent/JP2014236148A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/164—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using vacuum deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/08—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation
    • B05C9/12—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation the auxiliary operation being performed after the application
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • B05D3/062—Pretreatment
    • B05D3/064—Pretreatment involving also the use of a gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • B05D3/065—After-treatment
    • B05D3/067—Curing or cross-linking the coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • B05D3/062—Pretreatment
    • B05D3/063—Pretreatment of polymeric substrates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

【課題】適用される被処理体や、形成される膜表面の性状の自由度の高い有機分子膜の形成装置および形成方法を提供する。【解決手段】被処理体上に有機分子膜を形成する有機分子膜の形成装置１００は、被処理体を収容する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に有機材料ガスを供給する有機材料ガス供給部２と、被処理体、および／または、被処理体に供給される有機材料ガス、および／または、被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射する紫外線照射部１３とを有し、紫外線照射部１３により、被処理体、および／または、被処理体に供給される有機材料ガス、および／または、被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射し、被処理体表面および／または形成される有機分子膜を活性化する。【選択図】図１

Description

本発明は、自己組織化単分子膜に代表される有機分子膜の形成装置および形成方法に関する。
近年、種々の分野で有機化合物からなる有機薄膜が用いられている。例えば、有機トランジスタのような有機半導体に用いられる有機半導体膜等が例示される。
このような有機化合物からなる有機薄膜としては、薄膜が形成される基板表面と有機化合物分子との相互作用を利用して、自己組織的に、より高い秩序性を有する有機分子からなる単分子膜が形成される、いわゆる自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer:ＳＡＭ)が知られている。
自己組織化単分子膜とは、所定の基板に対し、所定の化学結合を形成する官能基を末端基として有する有機分子を用いることにより、その基板の表面に対して、化学結合を形成させ、アンカリングされた有機分子が基板表面からの規制および有機分子間の相互作用によって、秩序的に配列した状態となり、単分子膜となったものをいう。この自己組織化単分子膜は、製造方法がきわめて簡便であるため、基板への成膜を容易に行うことができる。
一方、有機半導体膜の成膜時に、基板の表面の濡れ性・親油性を制御することで作成する有機トランジスタの電気特性が向上することがあり、このような基板表面の改質に自己組織化単分子膜のような有機薄膜を利用することが考えられる。また、特許文献１には、シランカップリング剤を用いた自己組織化単分子膜を基板上に形成して表面を改質することで、その上に金属膜を密着性よく形成できることが示されている。
このように、自己組織化単分子膜のような有機分子膜は、物質表面の改質に有効である。また、特許文献１に示されたシランカップリング剤を用いた自己組織化単分子膜は、アルキル基や、フッ化アルキル基を有機官能基として有し、基板表面を撥水性に改質する用途に用いることができる。
特開２００５−８６１４７号公報
しかし、シランカップリング剤を用いた自己組織化単分子膜は、シランカップリング反応を生じさせるために、基板として表面にＯ基ないしＯＨ基を有するもの、例えばＳｉＯ２表面を有するものに限定され、また自己組織化単分子膜表面の末端はＳｉ−（ＯＲ）３基やＳｉ−Ｃｌ３基に限定される。このため、樹脂基板等には対応できず、成膜可能な基板が限定されるとともに、自己組織化単分子膜表面性状も限定されてしまう。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、適用される被処理体や、形成される膜表面の性状の自由度の高い有機分子膜の形成装置および形成方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体上に有機分子膜を形成する有機分子膜の形成装置であって、被処理体を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に有機材料ガスを供給する有機材料ガス供給部と、前記被処理体、および／または、被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射する紫外線照射部とを有し、前記紫外線照射部により、前記被処理体、および／または、前記被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射し、前記被処理体表面および／または形成される前記有機分子膜を活性化することを特徴とする有機分子膜の形成装置を提供する。
上記第１の観点において、前記紫外線照射部は、前記被処理体に紫外線を照射することにより、前記被処理体の表面を活性化して前記有機材料との反応を可能にし、それと同時に被処理体上の膜にも紫外線を照射して活性化する構成とすることができる。この場合に、前記被処理体は樹脂製であり、酸素または水分存在雰囲気で前記紫外線照射部から前記被処理体に紫外線を照射することにより、被処理体の表面にＯまたはＯＨを形成させ、ＯまたはＯＨと前記有機材料側の末端基とを反応させる構成とすることができる。
また、前記紫外線照射部は、前記被処理体に形成された有機単分子膜に紫外線を照射して表面を活性化させ、前記紫外線の照射と有機材料ガスの供給を継続することにより、前記有機単分子膜の上にさらに有機単分子膜が形成されることを許容するようにすることができる。この場合に、前記有機単分子膜は、紫外線が照射されることにより、表面にＯまたはＯＨが形成され、このＯまたはＯＨと前記有機材料の末端基とが反応することにより、前記有機単分子膜上にさらに有機単分子膜が形成される構成とすることができる。
さらに、前記紫外線照射部は、前記有機材料ガスに紫外線を照射することにより、前記有機材料の主鎖に当たる有機分子よりも結合エネルギーの低い末端基を形成し、その末端基と被処理体表面との化学反応を許容することができる。この場合に、前記有機材料の炭素の二重結合を開裂させて末端基を形成し、開裂した二重結合と被処理体表面との化学反応を許容する構成とすることができる。
本発明の第２の観点では、被処理体上に有機材料ガスを供給して有機分子膜を形成する有機分子膜の形成方法であって、前記被処理体、および／または、前記被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射し、前記被処理体表面および／または形成される前記有機分子膜を活性化することを特徴とする有機分子膜の形成方法を提供する。
本発明によれば、被処理体、および／または、被処理体に供給される有機材料ガス、および／または、被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射することができるので、被処理体によらず、樹脂製等の被処理体であっても有機分子膜を形成することができる。また紫外線を照射することによって、有機材料の末端を変化させて種々の表面状態を形成することができる。
本発明の第１の実施形態に係る有機分子膜の形成装置を示す断面図である。 処理チャンバに一定量の有機材料ガスを供給し、処理チャンバに導入するＡｒガス流量を変化させた際の、Ａｒガス流量と有機材料堆積量との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る有機分子膜の形成装置の処理部を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る有機分子膜の形成装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る有機分子膜の形成装置の処理部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る有機分子膜の形成装置の処理部を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機分子膜の形成装置を示す断面図である。
本実施形態において、有機分子膜の形成装置１００は、その中で基板Ｓ上に有機分子膜を形成する処理部１と、処理部１に供給する有機分子膜を形成するための有機材料を含むガスを生成する有機材料ガス生成部（有機材料ガス供給部）２と、制御部３とを有する。
処理部１は、その中で処理が行われる処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内で基板Ｓを載置する基板載置台１２と、基板Ｓに向けて紫外線を照射する紫外線（ＵＶ）照射部１３と、処理チャンバ１１内を排気する排気管１４と、排気管１４に接続された排気ポンプ１５と、排気管１４に設けられた圧力調整バルブ１６と、処理チャンバ１１内に必要に応じて所定のガスを導入するためのガス導入管１７とを有する。また、処理チャンバ１１の側壁には、基板Ｓを搬入出するための、ゲートバルブにより開閉可能な搬入出口（図示せず）が設けられている。
基板載置台１２内には、基板Ｓの温度制御を行うための温調機構１２ａを有している。温調機構１２ａは、基板Ｓを加熱するためのヒーター、または所定温度に制御された温調媒体を通流させるための温調媒体流路を有している。ヒーターおよび温調媒体流路を両方有していてもよい。基板Ｓとしては、表面がＳｉＯ２のもの以外にも、樹脂等、任意の材料のものを用いることができる。
紫外線照射部１３は、ＵＶ光を照射するためのＵＶランプ１３ａを有しており、基板Ｓの表面、および／または、基板Ｓ上に供給される有機材料ガス、および／または、基板Ｓ表面に堆積された有機材料にＵＶ光を照射して、基板Ｓまたは形成された有機分子膜（典型的にはＳＡＭ膜）の改質を行えるようになっている。
ガス導入管１７からは、例えば、Ｏ２ガスやＨ２Ｏガスを導入することができ、これにより、処理チャンバ１１内をＯ２ガス雰囲気またはＨ２Ｏガス雰囲気とすることができる。
排気ポンプ１５により排気管１４を介して処理チャンバ１１内を排気することができ、これにより処理チャンバ１１内を所望の減圧雰囲気にすることができる。処理チャンバ１１内は常圧であってもよいが、処理チャンバ１１内の圧力が低いほどＵＶ光の届く距離が長くなるとともに、不純物が少なくなるため、処理チャンバ１１内を減圧（真空）雰囲気とすることが好ましい。
有機材料ガス生成部２は、ガス生成容器２１と、ガス生成容器２１内に設けられた有機材料収容容器２２と、ガス生成容器２１内にキャリアガスを導入するキャリアガス導入管２３と、ガス生成容器２１内で生成された有機材料ガスを処理チャンバ１１内に供給する有機材料ガス供給管２４とを有する。そして、有機材料収容容器２２内の液体状の有機材料Ｌから気化した有機材料ガスをキャリアガスにより搬送し、有機材料を含むガスを有機材料ガス供給管２４を経て処理チャンバ１１内に供給する。気化が不十分な場合や、有機材料が常温で固体の場合には、有機材料収容容器２２にヒーターを設けてもよい。
制御部３は、有機分子膜の形成装置１００の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたコントローラ３１を有している。コントローラ３１は、例えばキャリアガス導入管２３からのキャリアガスの流量、紫外線照射部１３のＵＶランプ１３ａの出力、圧力調整バルブ１６の開度、温調機構１２ａの出力等を制御するようになっている。コントローラ３１には、オペレータが有機分子膜の形成装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、有機分子膜の形成装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース３２が接続されている。また、コントローラ３１には、有機分子膜の形成装置１００で実行される膜形成処理における所定の操作をコントローラ３１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて有機分子膜の形成装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部３３が接続されている。処理レシピは記憶部の中の適宜の記憶媒体に記憶されている。そして、必要に応じて、任意の処理レシピを記憶部３３から呼び出してコントローラ３１に実行させることで、コントローラ３１の制御下で、有機分子膜の形成装置１００での所望の処理が行われる。
次に、以上のように構成される有機分子膜の形成装置１００における処理動作について説明する。
本実施形態では、基板Ｓ上に有機分子膜として自己組織化単分子（ＳＡＭ）膜を形成する。
ＳＡＭ膜の形成に当たっては、一般的に、有機材料として典型的には、一般式Ｒ′−Ｓｉ（ＯＲ）３で表される物質を用い、基板として表面にＳｉＯ２を有するものを用いてシランカップリングと呼ばれる次の反応を基板の表面で生じさせる。
Ｒ′−Ｓｉ（ＯＲ）３＋Ｈ２Ｏ→Ｒ′−Ｓｉ（ＯＨ）３＋ＲＯＨ
Ｒ′−Ｓｉ（ＯＨ）３＋ＳｉＯ（表面）→Ｒ′−ＳｉＯ＋Ｓｉ（表面）＋Ｈ２Ｏ
ここで、Ｒ′はアルキル基であり、ＯＲは、加水分解可能な基、例えばメトキシ基、エトキシ基である。このような有機材料としては、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を挙げることができる。
この反応により、ＳｉＯ２表面に単分子のアルキル基（Ｒ′）が付着し、表面物性が変化する。
この反応ではＳＡＭの表面側（基板と反対側）の末端がＳｉ−（ＯＲ）３（メトキシ・エトキシ基）あるいはＳｉ−Ｃｌ３（ハロゲン）である必要があり、基板側の表面もシリコン酸化膜でなければならない。
表面の機能性を変化させるためには、ＳＡＭの表面側の末端がアルキル基（例えばＣＨ３）だけでなく、様々な末端基を持つ必要があるが、従来、ＳＡＭ膜の両側の末端基を自在に制御した分子を設計することは困難であった。また、上記シランカップリング反応は脱水・給水反応であるため、基板表面にＯまたはＯＨが存在することが必須であるが、従来、樹脂表面等ではＯやＯＨを存在させることが困難であり、樹脂基板等を用いることは困難であった。
さらに、末端がアルキル基である有機材料では、上述のよう基板表面のＯＨまたはＯと有機材料側のＳｉ（ＯＲ）３との脱水反応が生じることにより膜形成が行われるから、単分子層以上の厚さの膜を形成することができなかった。
そこで、本実施形態では、紫外線照射部１３のＵＶランプからＵＶ光を照射して、基板Ｓの表面の改質および／または有機分子膜の表面の改質を行う。
以下、具体的なプロセスについて説明する。
第１のプロセスでは、(1)処理チャンバ１１内にＯ２ガスやＨ２Ｏガスを導入する等により処理チャンバ１１内を酸素または水分存在雰囲気とし、その雰囲気中で基板ＳにＵＶ光を照射することによって、表面にＯおよびＯＨが存在しない基板Ｓの表面にＯまたはＯＨを形成し、(2)それと同時に有機分子膜（ＳＡＭ）の表面側の末端もＵＶ光照射により活性化し、(3)これらにより、有機材料（ＳＡＭ材料）と基板Ｓ間の反応を促進して、所望の有機終端表面を有する有機分子膜を形成する。
以上の(1)〜(3)は、図１の装置のように、ＵＶ光を基板表面と有機材料を含むガスが通過する流路上に照射できる位置に設置することで達成することができる。
また、第２のプロセスでは、(1)ＵＶ光を照射せずに、例えば、末端がアルキル基である有機単分子膜を形成し、(2)有機単分子膜形成後、ＵＶ光の照射を開始する。このとき、ＵＶ光の照射によってアルキル基上にＯまたはＯＨが形成される。この際に有機材料の供給を止めなければ、アルキル基上に形成されたＯまたはＯＨと材料側のＳｉ−（ＲＯ）３との反応が進む。このような用い方をすることにより、単分子膜を形成した後、その上に次の単分子膜を形成することができ、任意の単分子膜が積層された有機分子膜を形成することができる。これは、原子層を複数積層して所定の膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）と類似した、ＭＬＤ（Molecular Layer Deposition)といえるプロセスである。
なお、以上の例はシランカップリング反応をベースに説明したが、第２のプロセスはこれに限るものではない。また、第２のプロセスにおいて、基板Ｓが樹脂基板等である場合には、(1)に先だって、酸素または水分存在雰囲気でＵＶ光を照射することにより、基板Ｓの表面にＯまたはＯＨを形成しておけばよい。
第２のプロセスを行う場合、膜に照射されるＵＶ光の強度が大きいほど有機材料を活性化する効果が高まり、有機材料の堆積量を増加させることができる。そのことを図２に示す。図２は、処理チャンバに一定量の有機材料ガスを供給し、処理チャンバに導入するＡｒガス流量を変化させた際の、Ａｒガス流量と有機材料堆積量との関係を示すグラフである。ＵＶランプから一定強度のＵＶ光を放射した場合、Ａｒガス流量が多いほどＵＶ光の飛程が短くなって、有機分子膜に照射されるＵＶ強度が小さくなるが、図２からＡｒガス流量が少なくＵＶ光の照射強度が大きいほど有機材料堆積量が増加する、すなわち有機分子膜の膜厚が増加することがわかる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る有機分子膜の形成装置における処理部を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態では、紫外線照射部１３を処理チャンバ１１の側壁部に設け、基板Ｓの表面にはＵＶ光が照射されず、基板Ｓの上方に供給される有機材料を含むガスにのみＵＶランプ１３ａからのＵＶ光が照射されるようにしている。
このような構成は、上記第２のプロセスを実施するのに好都合である。すなわち、第２のプロセスでは、有機材料ガスまたは有機分子膜にのみＵＶ光を照射し、基板Ｓには照射したくない場合があり、このように側方からＵＶ光を照射することにより、このような要求を満たすことができる。
また、図３のような構成は、以下の第３のプロセスにも有効である。すなわち、第３のプロセスは、有機材料ガスにＵＶ光を照射して、有機材料の主鎖に当たる有機分子よりも結合エネルギーの低い末端基を形成して、その末端基と基板表面との化学反応を生じさせるものである。例えば、炭素の二重結合（Ｃ＝Ｃ）を有する分子に対してＵＶ光を照射することにより、二重結合の開裂を生じさせることができ、開裂した二重結合と基板表面との化学反応により有機分子膜を形成することができる。
このような第３のプロセスは、シランカップリング反応に限ることなく、他の反応にも適用することができ、結果として、適用可能な有機材料の選択肢を増やすことができる。また、第３のプロセスにより形成した有機単分子膜の表面をＵＶ光で活性化することができれば、第２のプロセスのように、その上に有機単分子膜を形成することができ、任意の単分子膜が積層された有機分子膜を形成することができる。
基板ＳにＵＶ光を照射せずに有機材料ガスにのみＵＶ光を照射する観点からは、図４に示すように、紫外線照射部１３を有機材料ガス生成部２のガス生成容器２１に設けてもよい。図４の位置においても、基板ＳにＵＶ光を照射せず、有機材料ガスにのみＵＶ光を照射することができる。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態では、図５に示すように、紫外線照射部１３を、ＵＶ光が基板Ｓに照射される処理チャンバ１１の基板Ｓの直上位置と、ＵＶ光が基板Ｓに照射されない処理チャンバ１１の側壁部の両方に設けている。
これにより、ＵＶ光を基板Ｓに照射しないプロセスと、ＵＶ光を基板に照射するプロセスの両方に対応することができる。
基板ＳにＵＶ光が照射されない方の紫外線照射部１３は、図４に示すような有機材料ガス生成部２のガス生成容器２１に設けてもよい。
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態では、図６に示すように、駆動機構１８により、紫外線照射部１３を、ＵＶ光が基板Ｓに照射される処理チャンバ１１の基板Ｓの直上位置と、ＵＶ光が基板Ｓに照射されない処理チャンバ１１の側壁部とで移動可能となっている。
これにより、ＵＶ光を基板Ｓに照射しないプロセスでは、紫外線照射部１３を側壁部に位置させ、ＵＶ光を基板に照射するプロセスでは、紫外線照射部１３を基板Ｓの直上位置に位置させることができ、ＵＶ光を基板Ｓに照射しないプロセスと、ＵＶ光を基板に照射するプロセスの両方に対応することができる。
＜第１〜第４の実施形態の効果＞
以上のように、上記第１〜第４の実施形態の装置では、有機分子膜、典型的にはＳＡＭ膜を形成する際に、基板Ｓの表面、および／または、基板Ｓ上に供給される有機材料、および／または、基板Ｓ上に形成された膜にＵＶ光を照射することができるので、基板によらず、樹脂基板等にも有機分子膜を形成することができる。また、ＵＶ光を照射することによって、有機材料の末端を変化させて種々の表面状態を形成することができ、また有機分子膜の膜厚も任意に設定することができる。
具体的には、第１〜第４の実施形態に係る装置により、上記第１〜第３のプロセスを実施することが可能であり、それによって、以下のような効果を奏することができる。
上記第１のプロセスでは、酸素または水分存在雰囲気で基板ＳにＵＶ光を照射することにより、基板Ｓが表面にＯやＯＨが存在しない樹脂基板であっても、基板Ｓの表面にＯまたはＯＨを形成することができ、基板と有機材料との反応を生じさせることができ、有機分子膜を形成することができる。また、ＵＶ光が照射されることにより、有機分子膜の表面側の末端を活性化することができ、所望の終端表面を有する有機分子膜を形成することができる。例えば、従来のシランカップリング反応では、表面の末端基が所定のものに限定され、表面状態が撥水性に限定されていたが、ＵＶ光を照射することにより、末端基を種々のものにすることができ、撥水性のみならず、撥油性、親水性、親油性等種々の表面状態を得ることができる。
また、上記第２のプロセスでは、例えば、末端がアルキル基である有機単分子膜を形成し、その後、ＵＶ光を照射することにより、アルキル基上にＯまたはＯＨが形成され、有機材料の供給を継続すれば、アルキル基上に形成されたＯまたはＯＨと材料側のＳｉ−（ＲＯ）３との反応が進むため、ＭＬＤ的なプロセスで有機単分子膜を任意の回数積層することができ、任意の厚さの有機分子膜を形成することができる。また、第２のプロセスは、シランカップリング反応を利用した有機材料以外にも用いることができる。また、最初に形成した有機単分子膜にＵＶ光を照射して表面を活性化させた後、その活性化された表面に異なる材料の有機単分子膜を形成することができ、形成された有機分子膜の表面状体のバリエーションを増加させることができる。
さらに、上記第３のプロセスでは、有機材料ガスにＵＶ光を照射して、有機材料の主鎖に当たる有機分子よりも結合エネルギーの低い末端基を形成し、その末端基と基板表面との化学反応を生じさせるので、シランカップリング反応に限らず種々の反応を利用することができる。その結果、適用可能な有機材料の選択肢を増やすことができ、極めて自由度の高い有機分子膜の形成を実現することができる。また、このようなプロセスにより形成した有機単分子膜の表面をＵＶ光で活性化することにより、第２のプロセスと同様、ＭＬＤ的な膜形成により任意の単分子膜を積層した任意の膜厚の有機分子膜を形成することができる。
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、液体から蒸発する有機材料ガスをキャリアガスにより供給する例を示したが、これに限らず、バブリングや気化器等他のものを用いてもよいことはいうまでもない。また、上記実施形態では、基板上に有機分子膜を形成する例を示したが、有機分子膜を形成する被処理体は基板に限らない。例えば、容器状の被処理体に本発明を適用することにより、被処理体が樹脂等であっても、その表面に有機分子膜を形成することができ、撥水性の表面を有する容器を製造することができる。
また、上記実施形態では、基板に有機分子膜を形成することを示したが、本発明を適用して有機分子膜を形成することにより、任意の被処理体に対して、防水表面や防汚表面等の所望の機能の表面を形成することができる。
１；処理部
２；有機材料ガス生成部（有機材料ガス供給部）
３；制御部
１１；処理チャンバ
１２；基板載置台
１３；紫外線（ＵＶ）照射部
１３ａ；ＵＶランプ
１４；排気管
１５；排気ポンプ
１６；圧力調整バルブ
１７；ガス導入管
１８；駆動機構
２１；ガス生成容器
２２；有機材料収容容器
２３；キャリアガス導入管
２４；有機材料ガス供給管
３１；コントローラ
３２；ユーザーインターフェース
３３；記憶部
１００；有機分子膜の形成装置
Ｓ；基板

Claims (14)

  1. 被処理体上に有機分子膜を形成する有機分子膜の形成装置であって、
    被処理体を収容する処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に有機材料ガスを供給する有機材料ガス供給部と、
    前記被処理体、および／または、被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射する紫外線照射部と
    を有し、
    前記紫外線照射部により、前記被処理体、および／または、前記被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射し、前記被処理体表面および／または形成される前記有機分子膜を活性化することを特徴とする有機分子膜の形成装置。
  2. 前記紫外線照射部は、前記被処理体に紫外線を照射することにより、前記被処理体の表面を活性化して前記有機材料との反応を可能にし、それと同時に被処理体上の膜にも紫外線を照射して活性化することを特徴とする請求項１に記載の有機分子膜の形成装置。
  3. 前記被処理体は樹脂製であり、酸素または水分存在雰囲気で前記紫外線照射部から前記被処理体に紫外線を照射することにより、被処理体の表面にＯまたはＯＨを形成させ、ＯまたはＯＨと前記有機材料側の末端基とを反応させることを特徴とする請求項２に記載の有機分子膜の形成装置。
  4. 前記紫外線照射部は、前記被処理体に形成された有機単分子膜に紫外線を照射して表面を活性化させ、前記紫外線の照射と有機材料ガスの供給を継続することにより、前記有機単分子膜の上にさらに有機単分子膜が形成されることを許容することを特徴とする請求項１に記載の有機分子膜の形成装置。
  5. 前記有機単分子膜は、紫外線が照射されることにより、表面にＯまたはＯＨが形成され、このＯまたはＯＨと前記有機材料の末端基とが反応することにより、前記有機単分子膜上にさらに有機単分子膜が形成されることを特徴とする請求項４に記載の有機分子膜の形成装置。
  6. 前記紫外線照射部は、前記有機材料ガスに紫外線を照射することにより、前記有機材料の主鎖に当たる有機分子よりも結合エネルギーの低い末端基を形成し、その末端基と被処理体表面との化学反応を許容することを特徴とする請求項１に記載の有機分子膜の形成装置。
  7. 前記有機材料ガスに紫外線を照射することにより、前記有機材料の炭素の二重結合を開裂させて末端基を形成し、開裂した二重結合と被処理体表面との化学反応を許容することを特徴とする請求項６に記載の有機分子膜の形成装置。
  8. 被処理体上に有機材料ガスを供給して有機分子膜を形成する有機分子膜の形成方法であって、
    前記被処理体、および／または、前記被処理体に供給される前記有機材料ガス、および／または、前記被処理体の表面に形成された膜に紫外線を照射し、前記被処理体表面および／または形成される前記有機分子膜を活性化することを特徴とする有機分子膜の形成方法。
  9. 前記被処理体に紫外線を照射することにより、前記被処理体の表面を活性化して前記有機材料と反応させ、それと同時に被処理体上の膜にも紫外線を照射して活性化し、所望の表面状態とすることを特徴とする請求項８に記載の有機分子膜の形成方法。
  10. 前記被処理体は樹脂製であり、酸素または水分存在雰囲気で前記被処理体に紫外線を照射することにより、被処理体の表面にＯまたはＯＨを形成させ、ＯまたはＯＨと前記有機材料側の末端基とを反応させることを特徴とする請求項９に記載の有機分子膜の形成方法。
  11. 前記被処理体に形成された有機単分子膜に紫外線を照射して表面を活性化させ、前記紫外線の照射と有機材料ガスの供給を継続することにより、前記有機単分子膜の上にさらに有機単分子膜を形成させることを特徴とする請求項８に記載の有機分子膜の形成方法。
  12. 前記有機単分子膜は、紫外線が照射されることにより、表面にＯまたはＯＨが形成され、このＯまたはＯＨと前記有機材料の末端基とが反応することにより、前記有機単分子膜上にさらに有機単分子膜が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の有機分子膜の形成方法。
  13. 前記有機材料ガスに紫外線を照射することにより、前記有機材料の主鎖に当たる有機分子よりも結合エネルギーの低い末端基を形成し、その末端基と被処理体表面との間に化学反応を生じさせることを特徴とする請求項８に記載の有機分子膜の形成方法。
  14. 前記有機材料ガスに紫外線を照射することにより、前記有機材料の炭素の二重結合を開裂させて末端基を形成し、開裂した二重結合と被処理体表面との間に化学反応を生じさせることを特徴とする請求項１３に記載の有機分子膜の形成方法。
JP2013117833A 2013-06-04 2013-06-04 有機分子膜の形成装置および形成方法 Withdrawn JP2014236148A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013117833A JP2014236148A (ja) 2013-06-04 2013-06-04 有機分子膜の形成装置および形成方法
KR1020140063701A KR20140142659A (ko) 2013-06-04 2014-05-27 유기 분자막의 형성 장치 및 형성 방법
US14/291,164 US20140357016A1 (en) 2013-06-04 2014-05-30 Organic molecular film forming apparatus and organic molecular film forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013117833A JP2014236148A (ja) 2013-06-04 2013-06-04 有機分子膜の形成装置および形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014236148A true JP2014236148A (ja) 2014-12-15

Family

ID=51985567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013117833A Withdrawn JP2014236148A (ja) 2013-06-04 2013-06-04 有機分子膜の形成装置および形成方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140357016A1 (ja)
JP (1) JP2014236148A (ja)
KR (1) KR20140142659A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018043305A1 (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 Jsr株式会社 基材表面の選択的修飾方法及び組成物
US10453729B2 (en) 2017-09-13 2019-10-22 Toshiba Memory Corporation Substrate treatment apparatus and substrate treatment method

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017069221A1 (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 東京エレクトロン株式会社 膜形成装置及び膜形成方法
WO2017151639A1 (en) 2016-03-03 2017-09-08 Applied Materials, Inc. Improved self-assembled monolayer blocking with intermittent air-water exposure
KR20180128515A (ko) 2016-04-25 2018-12-03 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 자기-조립 단분자층 프로세스들을 위한 화학물질 전달 챔버
US10358715B2 (en) 2016-06-03 2019-07-23 Applied Materials, Inc. Integrated cluster tool for selective area deposition
WO2019079746A1 (en) * 2017-10-19 2019-04-25 Miller Michael J DEVICE FOR DETERMINING AND PROJECTING A POINT
KR20190125768A (ko) * 2018-04-30 2019-11-07 삼성전자주식회사 가전제품 및 그 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4325555B2 (ja) * 2002-09-19 2009-09-02 ダイキン工業株式会社 パターン表面をテンプレートとして用いる材料とその製法
KR100769788B1 (ko) * 2003-10-30 2007-10-25 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 도전성 박막 및 박막 트랜지스터
KR101213491B1 (ko) * 2009-11-27 2012-12-20 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 제조 방법 및 유기 발광 표시 장치용 표면 처리 장치
US8765359B2 (en) * 2012-06-05 2014-07-01 Complete Genomics, Inc. Method of fabricating patterned functional substrates
US9136108B2 (en) * 2013-09-04 2015-09-15 Asm Ip Holding B.V. Method for restoring porous surface of dielectric layer by UV light-assisted ALD

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018043305A1 (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 Jsr株式会社 基材表面の選択的修飾方法及び組成物
JPWO2018043305A1 (ja) * 2016-09-01 2019-06-24 Jsr株式会社 基材表面の選択的修飾方法及び組成物
US10453729B2 (en) 2017-09-13 2019-10-22 Toshiba Memory Corporation Substrate treatment apparatus and substrate treatment method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140142659A (ko) 2014-12-12
US20140357016A1 (en) 2014-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014236148A (ja) 有機分子膜の形成装置および形成方法
JP6263450B2 (ja) 有機単分子膜形成方法
CN105177525B (zh) 成膜装置和成膜方法
TWI554641B (zh) A substrate processing apparatus, a manufacturing method of a semiconductor device, and a recording medium
RU2600047C2 (ru) Способ и устройство для осаждения атомных слоев
JP4523661B1 (ja) 原子層堆積装置及び薄膜形成方法
JP5258229B2 (ja) 成膜方法および成膜装置
Mousa et al. Atmospheric pressure atomic layer deposition of Al2O3 using trimethyl aluminum and ozone
TW201834008A (zh) 用於高模數原子層沉積二氧化矽間隔件的方法
WO2013094680A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置
JP5693348B2 (ja) 成膜方法および成膜装置
CN106536192B (zh) 气体阻隔性膜和电子设备
KR20210046748A (ko) 레지스트막의 제조 방법
US7582571B2 (en) Substrate processing method and recording medium
TW201634736A (zh) 沉積技術（一）
Jung et al. Effects of Ar addition to O2 plasma on plasma-enhanced atomic layer deposition of oxide thin films
JP2004217966A (ja) ガスバリア膜形成方法および装置
JP2008235313A (ja) 成膜原料、成膜方法および成膜装置
KR101078581B1 (ko) 고유전체막의 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 고유전체막의 형성 장치를 제어하는 프로그램이 기억된 기억 매체
JP6145032B2 (ja) 有機単分子膜の形成方法および形成装置
KR20220041978A (ko) 영역 선택적 원자층 증착방법 및 그에 의해 제조된 박막
Foroughi-Abari et al. Atomic layer deposition for nanotechnology
KR102391103B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
JP6277388B2 (ja) 成膜方法
JP6145626B2 (ja) 成膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160427

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20160824