JP5191656B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents
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Description
図3に、代表的ガスであるAr(質量数40)、Kr(質量数80)、Xe(質量数131)の平均自由行程のガス圧力依存性を示す。平均自由行程は圧力に逆比例して長くなり、ガス原子・分子が重くなったり、衝突断面積が大きくなると短くなる。1×10−7Torrでは通常、平均自由行程は数100mに達する。クリーンルームの空気に基板表面を曝すと大量の有機物が吸着することは既に周知である。
図4に、室温Tでクリーンルームに熱酸化膜(SiO2)付のシリコン基板を曝したとき1mTorr以下に減圧された基板搬送チャンバ内に曝した時の基板表面への有機物吸着の時間依存性を示す。基板表面に吸着した有機物は、加熱脱離ガスクロマトグラフ/マススペクトル法により計測した。有機物吸着量は直鎖型ハイドロカーボンのヘキサデカン(C16H34、CH3(CH2)14CH3:分子量226)に換算して示している。きれいな雰囲気だと考えられてきた真空減圧下の方が圧倒的に有機物の吸着量が多いことを図4は示している。こうした有機物の起源は、チャンバ内が大気に曝された時に大気中からチャンバ内表面に吸着する成分、基板搬送等のための機械的しゅう動部に塗布されるグリース類の蒸発、真空減圧の気圧を保つためのプラスチック製Oリングからの蒸発、及び真空減圧排気用に接続されるガス排気ポンプ二次側におけるグリースの蒸発成分のチャンバへの逆拡散等である。
減圧下での基板表面への有機物吸着挙動について次に説明しておく。
C(t)=Ce(1−10−t/τ) (1)
の計算値を示した。ただし、Ceは表面平衡吸着量(分子/cm2)、τは吸着時定数である。真空、減圧下でも有機物の基板表面への吸着は、ラングミュア単分子吸着モデルで記述できることを、図7の結果は示している。
Pv=10A×10−B/(C+T(℃)) (2)
である。
(2)プロセスチャンバ及び基板搬送チャンバへの圧力を不都合が生じない範囲で高く保つこと、
(3)減圧状態にあるプロセスチャンバ及び基板搬送チャンバ内の基板の滞在時間を可能な限り短くすること、
項目(1)に関連する減圧チャンバ内における有機物汚染源は、(a)気密シール維持のために使われる樹脂製のOリング、(b)摺動部の潤滑用に使われるグリース(チャンバ内の摺動部は可能な限り無くすことが原則)、(c)ガス排気用ポンプ出口側からのオイルの逆拡散、(d)チャンバ内を大気に曝した時のチャンバ内表面への大気からの有機物吸着、(e)基板表裏面への大気からの有機物吸着、である。
非成膜時では、
f1+f2=79 Pc S2/60 (3)
成膜時には、
f1=79 Pc S1 (4)
f1+f2= 79 PB S2/60 (5)
である。PBはターボ分子ポンプ下流側圧力である。
乱流域では
Pd ∝ L/Dβ
従って、内径のばらつきは、それぞれα乗、β乗されて圧力ドロップの変動につながり、そのまま流量変動に反映する。ここでα=2、β=1.25程度である。この問題を解決するために、図29に示すように各冷却水管59の入口部もしくは出口部に、長さL1の冷却水管内径d1より内径がd2と細くなされた細管部を極短い長さL2だけ設けてもよい。
である。
Claims (31)
- 減圧容器と、
該減圧容器に直接または間接に接続された減圧機構と、
前記減圧容器内または減圧容器外にあって前記減圧容器に直接または間接に接続された、成膜材料もしくは成膜材料前駆体を原料として供給する成膜材料供給装置であって前記原料を気化させる気化機構を少なくとも有する成膜材料供給装置と、
前記減圧容器内に設置された、前記原料を堆積させる基板を設置する基板設置部と、
前記原料を前記基板表面まで輸送するガスを供給する輸送ガス供給機構と、
を含み、
前記気化機構のうち前記原料と接する部分は放出ガスの少ない材料または触媒効果の少ない材料により構成され、
前記気化機構は前記原料が気化する気化温度以上の第1の温度に前記原料を加熱する加熱機構を含み、前記減圧容器内部の所定部分は前記気化温度を超え、且つ、前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱され、
前記所定部分は、気化した前記原料が接触する部分であって、前記基板および前記基板設置部を除く部分であることを特徴とする成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、前記基板の温度を前記気化温度より低い第3の温度に維持するようにしたことを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記第1の温度および前記第2の温度は気化した前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体が分解する温度よりも低いことを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記第2の温度は前記第1の温度よりも20℃以上高いことを特徴とする成膜装置。
- 請求項2に記載の成膜装置において、前記第3の温度は前記気化温度以下であることを特徴とする成膜装置。
- 請求項5に記載の成膜装置において、前記成膜材料は有機EL用の材料であり、前記第3の温度は100℃未満であることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記輸送ガス供給機構は、
前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体を保持する容器内に前記輸送ガスを外部から導入する部分および前記基板に対向するように設置された複数の細孔を有するガス放出部を含み、
前記ガスは、前記ガス放出部を流通して前記気化された前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体を前記基板の表面まで輸送することを特徴とする成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置において、前記輸送ガス供給機構は、
前記輸送ガスを前記気化した前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体に接触させるように外部から供給する機構と、
前記気化した前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体を含む輸送ガスを前記基板に向けて放出させる機構とを含むことを特徴とする成膜装置。 - 請求項8に記載の成膜装置において、前記放出させる機構は、シャワープレートまたは多孔質材料からなる板を含むことを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記気化機構は、成膜実行時に前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体を気化させ、成膜非実行時に気化を停止するようにされていることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記減圧機構は、成膜実行時に前記減圧容器内を10mTorr乃至0.1mTorrの圧力に維持することを特徴とする成膜装置。
- 請求項11に記載の成膜装置において、前記減圧機構は、成膜実行時に前記減圧容器内の気体の流れを分子流域とし成膜非実行時の少なくとも一定期間に前記減圧容器内の気体の流れを中間流域または粘性流域とすることを特徴とする成膜装置。
- 請求項8に記載の成膜装置において、前記ガスがキセノンガスであることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記ガスが不活性ガスを主成分とすることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記ガスが窒素、Xe、Kr、Ar、NeおよびHeの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、前記減圧機構はターボ分子ポンプと荒引ポンプとを含み、該ターボ分子ポンプと該荒引ポンプとの間には不活性ガスを供給する部分が設けられていることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、更に、基板搬送装置を含み、前記基板搬送装置内空間には露点温度が−80℃以下の空気が供給されていることを特徴とする成膜装置。
- 請求項1に記載の成膜装置において、減圧容器の成膜時の圧力及び非成膜時の圧力はそれぞれ、分子流圧力領域及び中間流圧力領域または粘性流圧力領域とであることを特徴とする成膜装置。
- 減圧容器内で基板上に、成膜材料もしくは成膜材料前駆体を原料とした膜を堆積させる成膜方法において、
前記原料と接する部分は放出ガスの少ない材料または触媒効果の少ない材料により構成された気化機構を用意する工程と、
前記原料の膜を前記気化機構を用いて気化させる工程と、
気化した前記原料を前記基板の表面までガスで輸送する工程と、
前記原料が気化する気化温度以上の第1の温度に前記原料を、加熱する工程とを含み、
前記減圧容器内部の所定部分は、前記気化温度を超え、且つ、前記第1の温度よりも高い第2の温度に、加熱され、
前記所定部分は、気化した前記成膜材料もしくは前記成膜材料前駆体原料が接触する部分であって、前記基板および、前記減圧容器内に設置された、前記原料を堆積させる基板を設置する基板設置部を除く部分であることを特徴とする成膜方法。 - 請求項19に記載の成膜方法において、前記基板の温度を前記原料が気化する温度より低い第3の温度に維持することを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、前記第1の温度および前記第2の温度は気化した前記原料が分解する温度よりも低いことを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、前記第2の温度は前記第1の温度よりも20℃以上高いことを特徴とする成膜方法。
- 請求項20に記載の成膜方法において、前記第3の温度は前記原料が気化する温度以下であることを特徴とする成膜方法。
- 請求項20に記載の成膜方法において、前記成膜材料もしくは成膜材料前駆体は有機EL材料であり、前記第3の温度は100℃未満であることを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、前記原料を耐熱容器に載置して該耐熱容器をガス容器内に収容し、該ガス容器内に前記ガスを導入して気化した前記原料を前記ガスで輸送するようにし、さらに前記基板に対向するように設置された複数の細孔を有するガス放出部を設けて、前記ガスを、前記気化された原料を輸送しつつ前記ガス放出部を経由して、前記基板の表面にまで達せしめることを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、成膜実行時に前記減圧容器内を10mTorr乃至0.1mTorrの圧力に維持し、成膜非実行時の少なくとも一定期間に前記減圧容器内を1Torr以上の圧力で減圧維持することを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、成膜実行時に前記減圧容器内の気体の流れを分子流域とし、成膜非実行時の少なくとも一定期間に前記減圧容器内の気体の流れを中間流域または粘性流域とすることを特徴とする成膜方法。
- 請求項22に記載の成膜方法において、前記ガスがキセノンガスであることを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、前記ガスが不活性ガスを主成分とすることを特徴とする成膜方法。
- 請求項29に記載の成膜方法において、前記不活性ガスが窒素、Xe、Kr、Ar、NeおよびHeの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする成膜方法。
- 請求項19に記載の成膜方法において、前記原料が有機EL素子材料であることを特徴とする成膜方法。
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