JP5476228B2

JP5476228B2 - 光ｃｖｄ装置

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Publication number: JP5476228B2
Application number: JP2010147457A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　茂; 進渡辺; 俊臣石塚
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP2012015163A

Description

本発明は、紫外光などの光を用いた基板処理技術に関し、特に、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池の製造において用いられる封止技術や表面平坦化技術等に使用される光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に関する。

有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明の製造においては、製造した有機ＥＬ素子を、最終段階でガラス封止するが、最終段階に至る工程途中においては、酸化珪素膜（SiO膜）や窒化珪素膜（SiN膜）等のバリア膜を用いて仮封止が行われる。この仮封止においては、１０^−１ｇ／ｍ^２・ｄａｙ程度の水蒸気透湿度が要求され、また、低温でバリア膜を形成することが要求される。特に、近年、被処理基板が大型化しており、例えば１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上の大型基板にも対応する必要がある。

低温でＣＶＤ法により成膜する技術として、光ＣＶＤ法が既に知られている。この光ＣＶＤ法においては、例えば、処理室の上部に石英製の光透過窓を設け、光透過窓の外側にキセノンランプ等の光源を設け、処理室内へ処理用ガスを導入するとともに、光透過窓を介して光源からの光を、処理室内の被処理基板に照射し、被処理基板にＣＶＤ膜を堆積するものである。

かかる光ＣＶＤ法に関し、下記の特許文献１には、光透過窓の厚さを薄くするため、複数の光透過窓を用いた基板処理装置において、半導体の被処理基板を移動させながら、光透過窓を介して、光源からの光を被処理基板に照射して、被処理基板を処理する技術が開示されている。

下記の特許文献２には、光源とウェハとの間、特に、チャンバの上面を構成する石英ガラスなどの透明物体と前記光源との間に、遮光板を設け、当該遮光板により形成される開口部を通して紫外線をウェハに照射することにより、当該ウェハ内の異なる部分に異なる種類又は厚さの膜を形成する光ＣＶＤ装置が開示されている。

また、下記の特許文献３によれば、反応室内において、テーパ状の多数の孔を形成した仕切板を被処理体の上方に配置することにより、窓板の汚染を防止するものが開示されている。

更には、下記の特許文献４によれば、光ＣＶＤ装置内に、光の照射部を設け、当該照射部からの光を被処理体である基板の表面にマスクを介して照射することにより、ＣＶＤ膜を選択的に形成する方法も既に知られている。

特開２００４−１４６８１１号公報特開平６−３１０４３４号公報特開平４−３７１１７号公報特開平１−２９０７７０号公報

しかしながら、上述した従来技術は、主に、半導体装置を形成するためのものであることから、シリコンウェハサイズの被処理体に成膜を施すためのものであり、上述したような大型の被処理基板については十分な検討は行われていなかった。

特に、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池では、被処理基板が大型化しており、そのため、光ＣＶＤによる成膜時において、基板と、所定のパターンを形成したマスクとの間のギャップ精度を、所定の値に維持することが、重要な要素となる。即ち、このギャップが不均一である場合、光の回り込みによりパターニング精度が低下してしまう。また、成膜材料は、被処理基板だけではなく、マスクやパターン（以下、「マスクパターン」と総称する）にも付着し、この付着が多い場合には、成膜材料の無駄となるだけではなく、生産時、即ち、光ＣＶＤ装置を稼動している期間において、上述したマスクパターンを交換してクリーニングする回数が増加してしまい、これでは、その生産性が著しく低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、特に、成膜材料のマスクパターンへの付着を低減し、大型の被処理基板の成膜にも好適な光ＣＶＤ装置を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、まず、内部に被処理体を収納し、かつ、減圧が可能であり、当該減圧下で前記被処理体の表面に成膜するための成膜用ガスが導入される処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理体を載置するための基板載置部と、前記基板載置部上に載置された前記被処理体の表面に光を照射するための光源とを備え、前記被処理体の表面に成膜を行う光ＣＶＤ装置において、前記処理室の内部に、更に、前記被処理体の表面に接触して配置されるマスクを設けており、そして、当該マスクは、当該マスクの温度を、前記成膜用ガスの付着を抑制する温度に保持するための手段を備えた光ＣＶＤ装置が提供される。

また、本発明では、前記に記載した光ＣＶＤ装置において、前記マスクは、その一部に梁を取り付けており、そして、前記温度保持手段としての熱線を、当該梁の一部に、一体に設けていることが好ましく、又は、前記マスクは、その周囲にフレームを備えており、更に、当該フレームにも、当該マスクの温度を前記成膜用ガスの付着を抑制する温度に保持するための手段を備えていることが好ましく、更には、前記フレームの一部には、前記温度保持手段として、熱線、又は／及び、加熱配管を、当該フレームと一体に設けることが好ましい。

加えて、本発明では、前記に記載した光ＣＶＤ装置において、前記基板載置部の前記被処理体との接触面側には、緩衝材を取り付けると共に、前記マスクの前記被処理体との接触面側には、スペーサを取り付けて基板への熱伝導を防止することが好ましい。

即ち、上述した本発明によれば、特に、大型の被処理基板の成膜において、成膜材料の当該マスクへの付着を抑制し、成膜材料の無駄を抑制することが可能となると共に、成膜処理を行っている期間においても、マスクを交換してクリーニングする回数の増加を大幅に低減することが可能であり、生産性をも著しく向上することが可能な実用的にも優れた光ＣＶＤ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態になる光ＣＶＤ装置（縦型と横型）の概略構成を示す図である。上記光ＣＶＤ装置の特徴であるマスクの詳細構造を示す、一部断面を含む展開斜視図である。上記マスクの変形例の構造を示す、一部断面を含む展開斜視図である。上記光ＣＶＤ装置の動作の一例を示すフローチャート図である。上記光ＣＶＤ装置における基板とマスクとがコンタクト（接触）した際の状態を説明するための一部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態になる光ＣＶＤ装置について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、添付の図１には、本発明が適用される光ＣＶＤ装置の全体構成が示されており、特に、図１（Ａ）は縦型の光ＣＶＤ装置の構成を、そして、図１（Ｂ）は横型の光ＣＶＤ装置の構成をそれぞれ示している。

図１（Ａ）において、符号１０は、その内部において、被処理体である、例えば、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池など、大型の基板１１を処理する処理室であり、その内部は、基板処理時には減圧される。また、処理室１０の内部には、その表面上に基板１１を載置する基板載置部として、冷却盤１２と緩衝材１３とが設けられており、より具体的には、板状の冷却盤１２の一方の表面上に、やはり板状の緩衝材１３を取り付けて形成されている。なお、この冷却盤１２は、所謂、水循環式の冷却盤であり、その内部には、冷却用配管１２１が内蔵されており、例えば、水等の冷媒をその内部に循環することにより、基板１１を冷却している。なお、基板１１を冷却する理由としては、光ＣＶＤ法を用いる場合、高温部には成膜されないためであり、当該冷却機構により、その表面に載置した基板１１を、その表面上の成膜が促進される温度にまで冷却する。また、上記の緩衝材１３としては、復元弾性力に優れ、かつ、熱伝導に優れた素材で形成されることが好ましい。

また、処理室１０の内部には、以下に詳細を述べるマスク２０が、上記基板載置部に載置された基板１１の表面に対向するように配置されている。なお、符号２１は、当該マスク２０が基板１１と接触する面側に設けられたスペーサを示しており、より具体的には、例えば、粒径の揃ったプレスチックのボールや、フォトリソグラフにより形成したスペーサであり、断熱効果を備えた素材により形成されることが好ましい。これは、不要成膜抑制の為のマスクの熱を、基板に伝えないためである。

なお、この例では、上記冷却盤１２と緩衝材１３からなる基板載置部を、処理室１０の内部に固定して配置し、他方、上記のマスク２０は、処理室１０の外部に配置された駆動部１４により、図に白抜きの矢印で示すように、基板１１の表面に対して近接又は離間する方向への移動、基板の表面のＸ、Ｙ方向への移動が可能となっており、更には、Ｘ−Ｙ面内の回転角θの補正も可能となっている。

また、処理室１０の一部（図１（Ａ）では側壁、図１（Ｂ）では天井壁）には、例えば、合成石英からなる透明窓部１５が取り付けられており、当該窓部に対向した位置には、ＶＵＶ光（真空紫外光）を基板１１に照射するためのＶＵＶ光源１６が配置されている。また、図中の符号１７は、これら駆動部１５やＶＵＶ光源１６の動作を制御するための制御部である。更に、図中の符号１８は、内部にレーザ光源を備え、レーザ変位計としても機能すると共に、撮像装置としての機能をも備えたＣＣＤカメラユニットであり、これにより基板１１とマスク２０の表面を観察しながら、当該マスク２０を基板１１上の所定の位置に移動する。なお、その出力は演算部１９を介して上記制御部１７へ送られる。また、ここでは図示しないが、処理室１０の一部には、更に、バルブ等が設けられており、これにより、減圧下で、処理室１０の内部にキャリアガスを含む成膜用ガスが導入されることは、当業者であれば明らかであろう。

図１（Ｂ）に示す横型の光ＣＶＤ装置も、上記の縦型と同様の構成要件により構成されているが、しかしながら、この横型では、図からも明らかなように、基板１１、冷却盤１２と緩衝材１３からなる基板載置部は、横方向に配置されると共に、透明窓部１５は、処理室１０の天井壁に取り付けられ、そして、ＶＵＶ光源１６も、ＣＣＤカメラ１８と共に、処理室１０の上方に配置されている。更に、本実施例では、上記の構成とは異なり、マスク２０を処理室１０の内部に固定して配置し、他方、上記冷却盤１２と緩衝材１３からなる基板載置部を移動可能としている。即ち、基板載置部が、基板１１の表面に対して、近接又は離間する方向、及び、基板の表面のＸ、Ｙ方向へ移動可能とし、そして、回転角θの補正も可能となっている。

続いて、添付の図２により、上述したマスク２０の詳細な構造について説明する。まず、金属の薄板に所定のパターン（開口部）を形成してマスク本体２０１を製作する。このマスクの製作の後に、その形状を幾何学的に解析し、その結果、その強度を保持するに十分な梁２０２を作成し、上記マスク２０の一方の面に取り付ける。なお、これは、上述したように、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池など、大型の基板１１を処理する工程において採用される本発明の光ＣＶＤ装置では、そのマスク２０も、当該基板の大型化に伴って大型化するためであり、その結果、当該梁２０２の採用により、マスク２０を上記処理室１０内において移動し、又は、その表面に基板１１を載置することが可能となる。なお、この梁２０２の断面は、その一部断面を図に示すように、「コ」の字状になっている。

続いて、上述した梁２０２の一部、即ち、上記断面「コ」の字状の部分の内部に、例えば、ニクロム線などの熱線２０３を挿入する。なお、この図に示す例では、当該熱線２０３を、枠（口）状の部分と、十字状の部分に分け、これらを上記断面「コ」の字状の部分に挿入する。その後、これらを一体化して、更に、フレーム２０５に嵌めこんで完成する。なお、図中の符号２０４は、熱線２０３の端子部（コネクタ）を、そして、２０６は、これらの端子部（コネクタ）をフレームの外部へ取り出すための貫通穴を示している。

上述したマスク２０の構成によれば、上述したように、ますます大型化するマスクにとって必要となる梁２０２を利用することにより、当該マスク２０の温度を一定に調整することが、同時に可能となる。

なお、上記の例では、梁２０２の断面「コ」の字状の部分に熱線２０３を挿入する例について説明したが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、即ち、熱線に代えて、例えば、梁２０２の一部に高抵抗の薄膜を塗布（コーティング）により形成（配線）することによっても、同様の効果を得ることが出来る。

更に、添付の図３は、上述したマスクを構成するフレームの他の変形例になる構成を示しており、この変形例では、図からも明らかなように、当該フレーム２０５’の内部に、更に、例えば、温水や加熱した気体などの流体を循環するための加熱用配管２０７、及び／又は、熱線２０８を組み込んだものである。なお、かかるフレーム２０５’の構造によれば、上記マスク２０だけではなく、そのフレームをも含め、全体の温度を、適宜、一定に調整することが可能となる。

次に、上述したマスク２０を備えた本発明になる光ＣＶＤ装置の動作の一例について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

装置が動作を開始すると、まず、被処理体である大型の基板１１を、ここでは図示しないロボット等により、装置の内部に搬送する（工程Ｓ４１）。その後、図示しない位置決めピンなどにより、基板の粗アラインメントを行い（工程Ｓ４２）、更に、上記ＣＣＤカメラ１８が備えるレーザ変位計により、基板１１の表面と緩衝材１３表面との間のギャップを測定する（工程Ｓ４３）。その後、基板１１及び/又はマスク２０を撮影可能なギャップ位置への移動（Ｚ軸移動）を行い（工程Ｓ４４）、カメラにより、基板１１及び/又はマスク２０の位置の撮影を行う（工程Ｓ４５）。その後、基板１１又はマスク２０の駆動により、精アラインメント（Ｘ、Ｙ、θ移動）を行い（工程Ｓ４６）、更に、基板１１又はマスク２０を駆動（Ｚ移動）することにより、当該基板１１とマスク２０とのコンタクト（接触）を行い（工程Ｓ４７）、その後、成膜処理へと移行する。

なお、上述したマスク２０、更には、緩衝材１３を備えた基板載置部の構成によれば、上述した工程Ｓ３５において基板１１とマスク２０とのコンタクト（接触）を行った際、添付の図５に示すように、即ち、基板との接触面にスペーサ２１を備えたマスク２０によれば、当該マスクを基板１１に押し付けることにより、マスク２０と基板１１は、互いに、その歪に沿って、その断面形状を合わせることが出来る。これによれば、マスク２０と基板１１との間のギャップを均一にすることにより、パターニングの精度を大幅に向上することが可能となる。なお、このことは、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池など、大型の基板１１を処理する工程においては、特に、有利であろう。

そして、成膜処理では、上記処理室１０の減圧された内部空間に、例えば、ＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）やＯＭＴＳ(Octo methyl cyclotetrasiloxane)などの成膜用ガスが導入され、上記ＶＵＶ光源１６からのＶＵＶ光の照射に伴って、基板１１表面には、マスク２０のパターン形状に従って成膜が行われるが、この時、上記マスク２０を構成する熱線２０３に電力を供給する。このことによれば、マスク２０全体を、上記ＴＥＯＳ又はＯＭＴＳの成膜速度が大幅に抑制される温度、例えば、１００℃にまで加熱することにより、ＴＥＯＳのマスク２０上での成膜を抑制することが可能となる。即ち、上述した構造のマスク２０を採用することにより、成膜材料の当該マスク２０への付着を抑制し、成膜材料の無駄を抑制することが可能となる。更に、大型基板への成膜処理を行う際、即ち、光ＣＶＤ装置を稼動している期間においても、マスクを交換してクリーニングする回数の増加を大幅に低減することが可能であり、換言すれば、その生産性をも著しく向上することとなる。

１０…処理室、１１…基板、１２…冷却盤、１３…緩衝材、１４…駆動部、１６…ＶＵＶ光源、２０…マスク、２０１…マスク本体、２０２…梁、２０３、２０８…熱線、２０５，２０５’…フレーム、２０７…加熱用配管。

Claims

内部に被処理体を収納し、かつ、減圧が可能であり、当該減圧下で前記被処理体の表面に成膜するための成膜用ガスが導入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記被処理体を載置するための基板載置部と、
前記基板載置部上に載置された前記被処理体の表面に光を照射するための光源とを備え、前記被処理体の表面に成膜を行う光ＣＶＤ装置において、
前記処理室の内部に、更に、前記被処理体に対向して配置されるマスクを設けており、そして、
当該マスクは、当該マスクの温度を、前記成膜用ガスの付着を抑制する温度に保持するための手段を備えており、前記マスクは、その一部に梁を取り付けており、そして、前記温度保持手段を、当該梁の一部にも設けていることを特徴とする光ＣＶＤ装置。
前記請求項１に記載した光ＣＶＤ装置において、前記マスクは、その周囲にフレームを備えており、更に、当該フレームにも、当該マスクの温度を前記成膜用ガスの付着を抑制する温度に保持するための手段を備えていることを特徴とする光ＣＶＤ装置。
前記請求項１又は２に記載した光ＣＶＤ装置において、前記梁又は前記フレームの一部には、前記温度保持手段として、熱線、又は／及び、加熱用配管を、当該梁又は当該フレームと一体に設けていることを特徴とする光ＣＶＤ装置。