JP4239520B2

JP4239520B2 - 成膜装置およびその製造方法、並びにインジェクタ

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Publication number: JP4239520B2
Application number: JP2002240818A
Authority: JP
Inventors: 啓修成井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004079904A

Description

【０００１】
本発明は、インジェクタを介して原料ガスを成膜チャンバに導入して気相成長法により基板上に膜を成長させる成膜装置およびその製造方法、並びにインジェクタに関し、更に詳細には、膜厚及び膜質の面内均一性の良好な膜を大面積基板上に成膜できる成膜装置およびその製造方法、並びにインジェクタ、特に有機ＥＬ素子の構成膜の成膜に最適な成膜装置およびその製造方法、並びにインジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に、ＩＴＯ電極、有機薄膜からなるホール輸送層、有機薄膜からなる発光層、及びＭｇＡｇ電極の積層構造を備えた発光素子である。ホール輸送層及び発光層を構成する有機薄膜は、通常、ＭＯＣＶＤ法などの気相成長法を適用した成膜装置によって成膜されている。
ところで、有機ＥＬ素子を構成する有機薄膜を成膜する基板は、トランジスタ等の半導体装置形成用の通常のウエハ、例えば８インチ・ウエハに比べて大きな成膜面積を有するので、有機ＥＬ素子の有機薄膜を成膜する際には、膜厚及び膜質の基板面内均一性を確保するために、基板上の原料ガスの分散を一様にすることが、半導体装置形成用の薄膜形成に比べて一層重要になる。
そこで、有機薄膜を成膜する成膜装置には、成膜チャンバに原料ガスを供給する原料ガス供給管の出口にインジェクタが設けてある。
【０００３】
ここで、図５及び図６を参照して、従来の有機薄膜の成膜装置の構成を説明する。図５は従来の有機薄膜の成膜装置の構成を示す模式図、及び図６は従来の有機薄膜の成膜装置に設けられているインジェクタの構成を示す模式的斜透視図である。
有機薄膜の成膜装置１０は、図５に示すように、通常、横型の成膜チャンバ１２を備えていて、成膜チャンバ１２の一方の端部で基板Ｗを縦方向に保持し、縦方向に保持された基板Ｗに向かって他方の端部から原料ガスを横方向に流して基板Ｗ上に有機薄膜を成膜する。
成膜チャンバ１２内には、基板Ｗを縦方向に保持する基板ステージ（図示せず）と、基板ステージに保持された基板Ｗに向けて原料ガスを噴出させるインジェクタ１４と、インジェクタ１４に原料ガスを供給する原料ガス供給系統と、原料ガス供給系統を加熱する電気炉１６とを備えている。
【０００４】
原料ガス供給系統は、液状の原料ガスを収容した収容槽１８と、キャリアガスを収容槽１８内の上部空間に導入するキャリア導入管２０と、キャリアガスに同伴させてインジェクタ１４に原料ガスを供給する原料ガス供給管２２とを備えている。収容槽１８では、キャリアガスが収容槽１８の上部空間を通過することによって液状の原料ガスが気化し、キャリアガスに同伴する。
成膜チャンバ１２には基板Ｗの背後に排気管２４が設けられ、排気管２４を介して吸引装置（図示せず）によって排気することにより成膜チャンバ１２の圧力が所定圧力に維持されている。
【０００５】
インジェクタ１４は、図６に示すように、直方体状の箱型分散器であって、原料ガス供給管２２を取り付けた箱板に対向する箱板が、多数個の貫通孔２４を分散配置した分散板２６になっている。
インジェクタ１４は、キャリアガス共々原料ガスを分散板２６を介して噴出させることにより、基板Ｗ上に原料ガスを一様に分散させ、所望の有機膜を成長させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＭＯＣＶＤ法等の化学的気相成長法を使って基板上に成膜する際には、原料ガスの供給の良し悪し、特に原料ガスの分散が一様であるか否かが、成膜された膜の膜厚及び膜質の面内均一性に大きな影響を与える。
しかし、上述した従来の有機薄膜の成膜装置では、有機ＥＬ素子のような大面積基板上に有機薄膜を成膜する際、基板周辺部の膜厚及び膜質が基板中央部の膜厚及び膜質とは異なり、膜厚及び膜質の良好な面内均一性を確保することが難しかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、膜質及び膜厚の良好な面内均一性を維持しつつ、有機ＥＬ素子のような大面積の基板、例えば２０インチの基板上に薄膜を成膜できる成膜装置およびその製造方法、並びにインジェクタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の成膜装置では良好な面内均一性を確保しつつ成膜することが難しい原因を調べた結果、インジェクタ内の原料ガスの分散性が悪いことが判った。
つまり、従来の成膜装置に設けたインジェクタ１４では、図７に示すように、原料ガス供給管２２に対向して単に一枚の分散板２６が設けられているのみであるために、原料ガス供給管２２からインジェクタ１４に導入された原料ガスは、原料ガス供給管２２の出口に近い分散板２６の領域２６ａから大きな流量で噴出し、ガス供給管２２の出口に遠い分散板２６の領域２６ｂから小さな流量で噴出する。それは、原料ガス供給管２２の出口と領域２６ａとの間の流路の長さが、原料ガス供給管２２の出口と領域２６ｂとの間の流路の長さに比べて短く、流路抵抗が小さいからである。
この結果、分散板２６の領域２６ａに対面する基板Ｗの中央領域の膜厚は厚くなり、分散板２６の領域２６ｂに対面する基板Ｗの周辺領域の膜厚は薄くなることが判った。
【０００９】
換言すれば、原料ガスの流れが、図７に示すように、インジェクタ１４内で分布を持つために、原料ガス供給管２２の出口に近い分散板２６の領域２６ａでは原料ガス濃度は高くなり、一方、原料ガス供給管２２から遠い分散板２６の領域２６ｂでは原料ガス濃度が低くなる。
このため、基板Ｗ上では、到達する原料ガスの原料ガス濃度が基板中央部と基板周辺部で異なり、結果として有機薄膜の膜厚及び膜質の面内均一性が悪くなっていた。
そこで、本発明者は、分散器として多段の分岐管構造を採用することにより、原料ガスの分散を向上させることを着想し、実験の末に、本発明を発明するに到った。
【００１０】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る成膜装置は、基板を収容し、基板上に膜を成膜する成膜チャンバと、成膜チャンバ内に設けられ、基板に向けて原料ガスを流出させるインジェクタと、インジェクタに原料ガスを供給する原料ガス供給管とを備え、インジェクタを介して原料ガスを成膜チャンバに導入して気相成長法により基板上に膜を成長させる成膜装置において、インジェクタ内の原料ガス流路が、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の任意の整数）の分岐管からなるｎ段縦続の分岐構造として構成され、第１ないし第ｎの分岐管の各々は、原料ガス供給管の出口または前段の分岐管の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、２本の分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有し、インジェクタは、管状中空部の半割が形成された２枚の板体を重ねて接着した板状部材と、管状中空部の半割が形成された複数枚の板体を重ねて接着したブロック状部材と連結した構成を有し、板状部材には、第１ないし第ｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の分岐管からなる１個の第１のツリーが一つの横断面内に配置され、ブロック状部材には、第（ｍ＋１）ないし第ｎの分岐管からなる複数の第２のツリーが形成され、第２のツリーの各々が形成されている面は相互に平行であって、かつ第１のツリーが形成されている面に対して直交しているようにしたものである。
本発明による成膜装置の製造方法は、基板を収容し、基板上に膜を成膜する成膜チャンバと、成膜チャンバ内に設けられると共に第１ないし第ｎ（ｎは２以上の任意の整数）の分岐管からなるｎ段縦続の分岐構造として構成された原料ガス流路を有し、基板に向けて原料ガスを流出させるインジェクタと、インジェクタに原料ガスを供給する原料ガス供給管とを備え、インジェクタを介して原料ガスを成膜チャンバに導入して気相成長法により基板上に膜を成長させる成膜装置を製造するものであって、板状部材を横断面に沿って２分割することにより２枚の板体を形成する工程と、２枚の板体に、第１ないし第ｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の分岐管からなる１個の第１のツリーを構成する管状中空部の半割をそれぞれ形成する工程と、管状中空部の半割を形成した２枚の板体を重ねて接着することにより、第１のツリーを有する板状部材を形成する工程と、ブロック状部材を複数枚の板体に分割する工程と、分割して得た各板体に、第（ｍ＋１）ないし第ｎの分岐管からなる複数の第２のツリーを構成する管状中空部の半割をそれぞれ形成する工程と、管状中空部の半割を形成した複数枚の板体を重ねて接着することにより、第２のツリーを有するブロック状部材を形成する工程と、板状部材とブロック状部材とを連結することにより、第２のツリーの各々が形成されている面を相互に平行とし、かつ第１のツリーが形成されている面に対して直交させてインジェクタを構成する工程とを含み、第１ないし第ｎの分岐管の各々として、原料ガス供給管の出口または前段の分岐管の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、２本の分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを形成するようにしたものである。
本発明によるインジェクタは、原料ガスを成膜チャンバに導入して気相成長法により基板上に膜を成長させる成膜装置において原料ガスを導入するために用いられるものであって、上記本発明の成膜装置におけるインジェクタと同様に構成されている。
【００１１】
分岐管構造は、パイプ或いはチューブで形成しても良く、或いはブロック材に流路を穿孔して形成してもよい。
【００１３】
本発明の好適な実施態様では、インジェクタの流路を構成する各分岐管の２本の分岐管体は、分岐管体の入口から各分岐管体の出口までの原料ガスの流路長さがそれぞれ等しくなるように形成されている。
【００１４】
本発明で、ｎ段縦続のｎの数は、基板の面積の大小、及び第ｎの分岐管の原料ガス出口の分散密度によって決まる数字である。つまり、基板の面積が大きい程、ｎは大きくなり、また第ｎの分岐管の原料ガス出口の分散密度を大きくする程、ｎは大きくなる。
本発明は、気相成長法を適用して成膜する成膜装置である限り、成膜する膜種に制約無く適用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る成膜装置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の成膜装置の構成を示す模式図、図２は本実施形態例の成膜装置に設けられているインジェクタの構成を示す模式的斜視図、図３はインジェクタの分岐管構造の構成を示す模式的斜視図、及び図４はインジェクタの噴出口を示す平面図である。
本実施形態例の成膜装置３０は、図１に示すように、インジェクタ３２の構成を除いて従来の成膜装置１０と同じ構成を備えている。
【００１６】
インジェクタ３２は、図２に示すように、原料ガス供給管２２に連結されている板状部材３４と、板状部材３４に連結されているブロック状部材３６とから構成されている。
そして、インジェクタ３２は、図３に示すように、板状部材３４及びブロック状部材３６に形成された第１から第８の分岐管の８段縦続の分岐構造として構成されている。
【００１７】
板状部材３４には、それぞれ、板状部材３４を穿孔した管状中空部からなる、１個の第１の分岐管３８、２個の第２の分岐管４０、４個の第３の分岐管４２、及び８個の第４の分岐管４４を有する１個の第１のツリー４６が形成されていて、第１の分岐管３８から第４の分岐管４４は、原料ガス供給管２２の中心線を含む板状部材３４の一つの横断面内に配置されている。
【００１８】
第１の分岐管３８は、原料ガス供給管２２の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
２個の第２の分岐管４０は、それぞれ、第１の分岐管３８の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
４個の第３の分岐管４２は、それぞれ、第２の分岐管４０の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
８個の第４の分岐管４４は、それぞれ、第３の分岐管４２の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
【００１９】
ブロック状部材３６には、ブロック状部材３６を穿孔して形成された管状中空部からなる１６個の第２のツリー４８が形成され、それぞれ、８個の第４の分岐管４４の分岐管体の１６個の出口に接続されている。
各第２のツリー４８は、ブロック状部材３６に設けた形成された１個の第５の分岐管４６、２個の第６の分岐管４８、４個の第７の分岐管５０、及び８個の第８の分岐管５２とから構成されていて、第２のツリー４８の各々が形成されている面は相互に平行であって、かつ第１のツリー４６が形成されている面に対して直交している。
【００２０】
各第２のツリー４８の第５の分岐管５０は、第４の分岐管４４の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
２個の第６の分岐管５２は、それぞれ、第５の分岐管５０の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
４個の第７の分岐管５４は、それぞれ、第６の分岐管５２の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有する。
８個の第８の分岐管５６は、それぞれ、第７の分岐管５４の分岐管体の出口に接続された入口と、原料ガスを更に２系統に分流させる２本の分岐管体と、分岐管体のそれぞれに設けられ、成膜チャンバ１２内に原料ガスを流出させる流出口５８とを有する。
【００２１】
以上の構成により、ブロック状部材３６には、総計、１６個の第５の分岐管５０と、３２個の第６の分岐管５２と、６４個の第７の分岐管５４と、１２８個の第８の分岐管５６とが形成されている。
流出口５８が開口している面６０は、板状部材３４とブロック状部材３６との連結面の対向面であって、２５６個の流出口５８が設けてある。
【００２２】
また、第１のツリー４６及び第２のツリー４８では、各分岐管の２本の分岐管体の入口から２本の分岐管体の出口までの原料ガスの流路長さが、それぞれ、等しくなるように、各分岐管の分岐管体が分岐管の入口を中心にして左右に形成され、第２の分岐管４０は第１の分岐管３８に、第３の分岐管４２は第２の分岐管４０に、以下同様にして接続されている。
以上の構成により、流出口５８は、図４に示すように、面６０に一様な分散で配置されている。
【００２３】
本実施形態例のインジェクタ３２を形成する際は、先ず、板状部材３４を横断面に沿って２分割し、次いで２分割して得た２枚の板体に第１のツリー４６を構成する管状中空部の半割をそれぞれ形成する。次いで、管状中空部の半割を形成した２枚の板体を重ねて接着すると、第１のツリー４６を有する板状部材３４を作製することができる。
第２のツリー４８を形成する際には、ブロック状部材３６を複数枚の板体に分割し、分割して得た各板体に第２のツリー４８を構成する管状中空部の半割をそれぞれ、片面ないし両面に形成する。管状中空部の半割を形成した複数枚の板体を重ねて接着すると、第２のツリー４８を有するブロック状部材３６を作製することができる。
最後に、板状部材３４とブロック状部材３６とを連結することにより、本実施形態例の成膜装置３０に設けたインジェクタ３２を作製することができる。
尚、分岐管の曲がり部には、直角に曲がる曲がり部に代えて緩やかに曲がる曲がり部（ベンド）を設けて流路抵抗を低くすることが好ましい。
【００２４】
本実施形態例では、上述のように、各分岐管は、分岐管体の入口から２か所の出口までの距離がそれぞれ等距離になるように、上流の分岐管に接続されているので、原料ガス供給管２２からインジェクタ３２に導入された原料ガスは、各分岐管により均等に２系統に分流されて、順次、下流の分岐管に導入され、終には流出口５８から流出する。
よって、インジェクタ３２に導入された原料ガスは、ほぼ一様な濃度でほぼ等しい流量で各流出口５８から流出する。従って、基板Ｗに成膜された薄膜の膜質、膜厚は基板面内で均一になる。
尚、本実施形態例では、板状部材及びブロック状部材中に設けた管状中空部により分岐管を構成しているが、分岐管をパイプ又はチューブで形成し、接合することにより、インジェクタ３２の原料ガス流路を構成しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１から第ｎの分岐管のｎ段縦続の分岐構造として構成されたインジェクタを成膜装置に設け、インジェクタを介して原料ガスを一様な分散で基板に供給することにより、有機ＥＬ素子を作製する際の基板のような大面積基板上に膜質及び膜厚の基板面内均一な薄膜を成膜する成膜装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の成膜装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態例の成膜装置に設けられているインジェクタの構成を示す模式的斜視図である。
【図３】インジェクタの分岐管の構成を示す模式的斜視図である。
【図４】インジェクタの噴出口を示す平面図である。
【図５】従来の成膜装置の構成を示す模式図である。
【図６】従来の成膜装置に設けられているインジェクタの構成を示す模式的斜透視図である。
【図７】従来の成膜装置に設けられているインジェクタの問題を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１０……有機薄膜の成膜装置、１２……横型の成膜チャンバ、１４……インジェクタ、１６……電気炉、１８……収容槽、２０……キャリア導入管、２２……原料ガス供給管、２４……排気管、２６……分散板、３０……実施形態例の成膜装置、３２……インジェクタ、３４……板状部材、３６……ブロック状部材、３８……第１の分岐管、４０……第２の分岐管、４２……第３の分岐管、４４……第４の分岐管、４６……第１のツリー、４８……第２のツリー、５０……第５の分岐管、５２……第６の分岐管、５４……第７の分岐管、５６……第８の分岐管、５８……流出口、６０……面。

Claims

基板を収容し、前記基板上に膜を成膜する成膜チャンバと、前記成膜チャンバ内に設けられ、前記基板に向けて原料ガスを流出させるインジェクタと、前記インジェクタに原料ガスを供給する原料ガス供給管とを備え、前記インジェクタを介して原料ガスを前記成膜チャンバに導入して気相成長法により前記基板上に膜を成長させる成膜装置において、
前記インジェクタ内の原料ガス流路が、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の任意の整数）の分岐管からなるｎ段縦続の分岐構造として構成され、
前記第１ないし第ｎの分岐管の各々は、前記原料ガス供給管の出口または前段の分岐管の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、前記２本の分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有し、
前記インジェクタは、管状中空部の半割が形成された２枚の板体を重ねて接着した板状部材と、管状中空部の半割が形成された複数枚の板体を重ねて接着したブロック状部材と連結した構成を有し、
前記板状部材には、第１ないし第ｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の分岐管からなる１個の第１のツリーが一つの横断面内に配置され、
前記ブロック状部材には、第（ｍ＋１）ないし第ｎの分岐管からなる複数の第２のツリーが形成され、前記第２のツリーの各々が形成されている面は相互に平行であって、かつ前記第１のツリーが形成されている面に対して直交している
成膜装置。
前記インジェクタの流路を構成する各分岐管の２本の分岐管体は、前記分岐管体の入口から前記各分岐管体の出口までの原料ガスの流路長さがそれぞれ等しくなるように形成されている
請求項１に記載の成膜装置。
基板を収容し、前記基板上に膜を成膜する成膜チャンバと、前記成膜チャンバ内に設けられると共に第１ないし第ｎ（ｎは２以上の任意の整数）の分岐管からなるｎ段縦続の分岐構造として構成された原料ガス流路を有し、前記基板に向けて原料ガスを流出させるインジェクタと、前記インジェクタに原料ガスを供給する原料ガス供給管とを備え、前記インジェクタを介して原料ガスを前記成膜チャンバに導入して気相成長法により前記基板上に膜を成長させる成膜装置の製造方法であって、
板状部材を横断面に沿って２分割することにより２枚の板体を形成する工程と、
前記２枚の板体に、第１ないし第ｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の分岐管からなる１個の第１のツリーを構成する管状中空部の半割をそれぞれ形成する工程と、
前記管状中空部の半割を形成した２枚の板体を重ねて接着することにより、前記第１のツリーを有する板状部材を形成する工程と、
ブロック状部材を複数枚の板体に分割する工程と、
分割して得た各板体に、第（ｍ＋１）ないし第ｎの分岐管からなる複数の第２のツリーを構成する管状中空部の半割をそれぞれ形成する工程と、
前記管状中空部の半割を形成した複数枚の板体を重ねて接着することにより、前記第２のツリーを有するブロック状部材を形成する工程と、
前記板状部材と前記ブロック状部材とを連結することにより、前記第２のツリーの各々が形成されている面を相互に平行とし、かつ前記第１のツリーが形成されている面に対して直交させて前記インジェクタを構成する工程と
を含み、
前記第１ないし第ｎの分岐管の各々として、前記原料ガス供給管の出口または前段の分岐管の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、前記２本の分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを形成する
成膜装置の製造方法。
原料ガスを成膜チャンバに導入して気相成長法により基板上に膜を成長させる成膜装置において前記原料ガスを導入するために用いられるインジェクタであって、
原料ガス流路が、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の任意の整数）の分岐管からなるｎ段縦続の分岐構造として構成され、
前記第１ないし第ｎの分岐管の各々は、原料ガス供給管の出口または前段の分岐管の出口に接続された入口と、原料ガスを２系統に分流させる２本の分岐管体と、２本の分岐管体のそれぞれに設けられた出口とを有し、
前記インジェクタは、管状中空部の半割が形成された２枚の板体を重ねて接着した板状部材と、管状中空部の半割が形成された複数枚の板体を重ねて接着したブロック状部材と連結した構成を有し、
前記板状部材には、第１ないし第ｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の分岐管からなる１個の第１のツリーが一つの横断面内に配置され、
前記ブロック状部材には、第（ｍ＋１）ないし第ｎの分岐管からなる複数の第２のツリーが形成され、前記第２のツリーの各々が形成されている面は相互に平行であって、かつ前記第１のツリーが形成されている面に対して直交している
インジェクタ。
前記インジェクタの流路を構成する各分岐管の２本の分岐管体は、前記分岐管体の入口から前記各分岐管体の出口までの原料ガスの流路長さがそれぞれ等しくなるように形成されている
請求項４に記載のインジェクタ。