JP6653408B2 - 成膜方法、成膜装置、素子構造体の製造方法、及び素子構造体の製造装置 - Google Patents
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Description
本願は、2017年2月21日に日本に出願された特願2017−030318号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
1.樹脂材料の蒸気の供給状態の改善を図ること。
2.供給量低下に起因する成膜の不具合を防止すること。
3.成膜レートの安定化を図ること。
4.バリア性の確保を図ること。
本発明の第1態様に係る成膜方法においては、前記成膜条件は、前記樹脂材料膜を前記基板一枚当たりの成膜する成膜時間、もしくは、液状の樹脂材料を前記加熱部に噴霧する単位時間当たりの供給量の少なくともいずれかを含んでもよい。
本発明の第1態様に係る成膜方法においては、前記加熱部は傾斜面を有してもよい。
本発明の第1態様に係る成膜方法においては、前記樹脂材料は、紫外線硬化型のアクリル樹脂の材料であってもよい。
本発明の第2態様に係る成膜装置は、液状の樹脂材料を加熱部に噴霧して気化し、気化された蒸気を基板上に供給して樹脂材料膜を成膜する成膜装置であって、前記加熱部に樹脂材料を供給した積算量を含む気化運転データを記録する記録部と、前記気化運転データを参照して、成膜時間を長くする時間、もしくは、前記液状の樹脂材料を前記加熱部に噴霧する単位時間当たりの供給量を増加させる増加量、の少なくともいずれかを決定する制御部を有する。
本発明の第3態様に係る素子構造体の製造方法は、基板の一面に配された機能層を被覆するとともに、局所的な凸部を有する、無機材料からなる第一層を形成する第1工程(工程A)と、前記基板の一面側(一主面側)を覆う前記第一層を被覆するように、液状の樹脂材料を気化して供給し前記樹脂材料からなる樹脂材料膜を形成する第2工程(工程B)と、前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面と前記基板の一面との境界部を含む位置にある前記樹脂材料膜の一部を残存させ、前記樹脂材料膜が残存する位置とは異なる位置にある該樹脂材料膜を除去する第3工程(工程C)と、前記残存させた樹脂材料膜の一部、及び、前記樹脂材料膜の除去により露呈した前記第一層を被覆するように、無機材料からなる第二層を形成する第4工程(工程D)と、を含み、前記第2工程において、気化した前記樹脂材料の気化持続時間に応じて減少する前記樹脂材料を補償するように供給状態を制御する。
本発明の第3態様に係る素子構造体の製造方法においては、前記第2工程において、気化した前記樹脂材料の供給時間に対応した前記樹脂材料の供給量に応じて、前記樹脂材料膜の成膜時間を長くしてもよい。
本発明の第3態様に係る素子構造体の製造方法においては、前記第2工程における前記樹脂材料膜の成膜処理時に、気化した前記樹脂材料を成膜室の内部に供給するとともに、前記樹脂材料膜の非成膜処理時には、気化した前記樹脂材料を前記成膜室の外部に送通させ、前記樹脂材料の供給量を前記樹脂材料の気化量として積算した積算量を得て、前記積算量に応じて前記樹脂材料膜の成膜時間を制御する。
本発明の第3態様に係る素子構造体の製造方法においては、前記第3工程は、前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面における頂部を含む領域が露呈するように、前記樹脂材料膜を除去してもよい。
本発明の第3態様に係る素子構造体の製造方法においては、前記第3工程は、前記樹脂材料膜を除去する手法としてドライエッチング法を用いてもよい。
前記第3工程は、前記樹脂材料膜をエッチング処理する条件のうち、特定の条件の変化を検出し、検出された検出結果を該エッチング処理の終点として用いてもよい。
本発明の第4態様に係る素子構造体の製造装置は、基板の一面側に配された機能層を被覆するとともに、局所的な凸部を有する、無機材料からなる第一層を形成する第一層形成部と、液状の樹脂材料を加熱して気化する気化器から気化した前記樹脂材料を供給可能として、前記第一層を被覆する、前記樹脂材料からなる樹脂材料膜を形成する樹脂成膜部と、前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面と前記基板の一面との境界部を含む位置にある前記樹脂材料膜の一部を残存させ、前記樹脂材料膜が残存する位置とは異なる位置にある該樹脂材料膜を除去する局在化処理部と、前記基板の一面側にある前記凸部、前記残存させた樹脂材料膜の一部、および、前記除去により露呈した前記第一層を被覆するように、無機材料からなる第二層を形成する第二層形成部と、を有するとともに、前記気化器が備える気化槽に接続されて、成膜時に気化した前記樹脂材料を前記樹脂成膜部に供給する供給管と、前記気化槽に接続されて、非成膜処理時に気化した前記樹脂材料を前記樹脂成膜部の外部に送通する外部管と、前記供給管と前記外部管とを切り替える切替弁とを、具備し、気化持続時間に応じて減少する前記樹脂材料を補償するように前記樹脂成膜部に樹脂材料を供給する供給時間を制御する制御部を有する。
本発明の第2態様に係る成膜装置によれば、前記加熱部に樹脂材料を供給した積算量を含む気化運転データを記録する記録部と、気化運転データを参照して、成膜時間を長くする時間、もしくは、前記液状の樹脂材料を前記加熱部に噴霧する単位時間当たりの供給量を増加させる増加量、の少なくともいずれかを決定する制御部を有することができる。
図1は、本実施形態に係る素子構造体の製造装置(成膜装置)を示す概略模式図である。図2は、本実施形態に係る素子構造体の製造装置を示す概略模式図である。図3は、本実施形態に係る素子構造体の製造方法を示すフローチャートであり、図1において、符号1000は、素子構造体の製造装置である。
チャンバ110には、不図示の真空排気装置(真空排気手段、真空ポンプ等)が接続され、真空排気装置は、チャンバ110の内部空間が真空雰囲気となるように、内部空間のガスを排気できるように構成されている。
ここで、シャワープレート105も紫外光を透過可能な部材で形成されていることにより、照射装置122から天板120を通過して上部空間107へ導入された紫外光は、さらにシャワープレート105を通過し、シャワープレート105の下側に位置する下部空間108へ進行可能である。これにより、後述する基板S上に形成されたアクリル材料膜(樹脂材料膜)に対して、成膜後に紫外光を照射し、アクリル材料膜を硬化させアクリル樹脂膜(樹脂膜)を形成することが可能である。
気化槽130の内部空間に斜面を有する加温部135を設け、加熱部材に向かって樹脂材料を噴霧してもよい。
なお、樹脂材料迂回管113に、同様の温度調整装置としてヒータを設けることもできる。
この際、樹脂材料原料容器150からの樹脂材料供給量を一定として定常的に供給した状態で、複数枚の基板Sに対して、同一の成膜処理時間となるようにして順次成膜を行い、各回における膜厚の減少分(減少量)を検量線として測定する。
図15に示すように、気化器300への積算供給量(気化器積算樹脂材料供給量(g))、つまり、気化持続時間の経過に対して、基板一枚当たりの膜厚(=成膜レート)が減少している。この減少に対して、図中で直線を引き、検量線とする。
同時に、図3に示す気化持続時間計測工程S05として、補償時間を算出する基準となる気化持続時間の計測を開始する。
具体的には、気化した樹脂材料の気化持続時間に対応して、1回当たりの成膜時間である供給時間を長くするように設定する。
同時に、図3に示す供給時間計測工程S10として、成膜された膜厚として換算される樹脂材料供給量の計測を開始する。
具体的には、気化器300における樹脂材料の気化持続時間の増加に応じて、加熱固化の発生等によって減少する樹脂材料量を補償するために、成膜時間である供給時間を長くするように供給時間を補償するように設定する。
また、気化器300は連続運転でなくても、直近のクリーニングからの気化時間の積算で気化効率が減少する。気化器300の運転、停止を繰り返しても、気化時間を積算すれば、気化効率の減少量を算出することができる。
図4は、本実施形態に係る素子構造体を示す概略断面図である。図5は、図4の素子構造体を示す平面図である。図6は、素子構造体の要部を示す拡大図である。各図においてX軸、Y軸及びZ軸方向は相互に直交する3軸方向を示しており、本実施形態ではX軸及びY軸方向は相互に直交する水平方向、Z軸方向は鉛直方向を示している。
図7〜図11は、本実施形態に係る素子構造体の製造方法における第1の樹脂材51の形成方法を模式的に示す工程図である。
まず、図1に示す素子構造体の製造装置1000において、ロードロック室210からコア室200に搬入された基板Sは、図示しない基板搬送ロボットによりコア室200から機能層形成部204に搬送される。この機能層形成部204において基板S上の所定の領域にデバイス層3(機能層)を形成する。
次に、デバイス層3が形成された基板Sは、図示しない基板搬送ロボットにより機能層形成部204から搬出されて、コア室200を介して第一層形成部201に搬入される。
本工程では、例えば、第1の無機材料層41の領域に対応する個数の開口を有するマスクを用いて、例えば、窒化ケイ素からなる第1の無機材料層41を保護層の一部として形成してもよい。
そして、例えば、CVD法により、窒化ケイ素等からなる第1の無機材料層41が、デバイス層3を被覆するように形成される。なお、第1の無機材料層41の形成方法はCVD法に限られず、例えば、スパッタ法を採用することもできる。この場合に、第一層形成部201はスパッタリング装置を有するように構成される。
次に、凸部を有する第1の無機材料層41が形成された基板Sは、図示しない基板搬送ロボットにより第一層形成部201から搬出されて、コア室200を介して樹脂成膜部100に搬入される。
このとき、チャンバ110内の気体は真空排気装置により排気され、チャンバ110内が真空状態に維持されている。以後、真空排気装置を継続して駆動することで、チャンバ110の雰囲気は、真空雰囲気に維持される。
また、ヒータ112dにより、樹脂材料供給管112(第一配管)を樹脂材料の気化温度以上に加温した状態とする。
次いで、マスクアライメント状態、チャンバ110内の雰囲気、チャンバ110の内壁の温度、樹脂材料供給管112の温度、基板Sの温度等の条件が所定の状態となるように制御部400によって設定する。
下部空間108では、シャワープレート105によって基板Sの全面にほぼ均等に供給された気化された樹脂材料が、図8に示すように、基板表面2aで凝縮して液状の樹脂材料膜5aとなる。液状の樹脂材料膜5aにおいて、基板表面2a上で劣角を有する角部、凹部、隙間部等では、表面張力により、樹脂材料膜5aの膜厚が厚くなる。
この工程Bにおいて、気化持続時間に応じて減少する樹脂材料を補償するように制御部400によって処理時間(供給時間)を制御することにより、成膜レートを均一化する。
チャンバ110は継続して排気されているので、気化樹脂材料はチャンバ110外部に排出され、成膜は停止する。
次いで、図示しないマスクが、マスク載置装置等によって、基板S上の成膜位置から、退避位置へ移動される。
複数の基板Sに樹脂膜5を順次形成する場合には、上述した方法を繰り返し、樹脂成膜部100のメンテナナスあるいは、気化器300のメンテナンスが必要な場合には、気化停止工程S13として、気化器300における樹脂材料の気化を停止する。
次に、樹脂成膜部100から搬出された基板Sは、図示しない基板搬送ロボットにより、コア室200を介して局在化処理部202に搬入される。
また、図示はしないが、局在化処理部202は、平行平板型のプラズマ処理装置であってもよい。この場合、局在化処理部202においては、基板Sを電極に載置して、チャンバ内にエッチングガスを導入し、高周波電源によって発生した高周波を、アンテナを介してチャンバ内に照射してプラズマを生成するとともに、基板Sの載置された電極に高周波電源からバイアス電圧を印加する。電極に載置された基板にプラズマ中に存在するイオンが引き込まれ、基板Sの表面に形成された樹脂膜5は、エッチングされ、除去される。
エッチングにより膜厚が薄い平坦部分の樹脂膜5が除去され、基板Sの表面上で劣角を有する角部、凹部、隙間部等において、平坦部より厚い部分の樹脂膜5が残存する。この残存した部分が、第1の樹脂材51となる。
第1の樹脂材51が局在して形成された基板Sは、図示しない基板搬送ロボットにより局在化処理部202から搬出されて、コア室200を介して第二層形成部203に搬入される。
第二層形成部203は、上述の第一層形成部201と同様の装置構成を有することができる。例えば、第一層形成部201及び第二層形成部203として、同一の処理装置を使用すること、あるいは、第二層形成部203が第一層形成部201の機能を兼ね備えることが可能である。
なお、エッチングの停止は、プラズマの発光スペクトル分析の結果や異方性エッチングの経過時間に基づいて実行されることができる。
図17は、本実施形態に係る素子構造体の製造方法(成膜方法)を示すフローチャートであり、本実施形態において、上述した第1実施形態と異なるのは、成膜レートの補償方法に関する点であり、これ以外の上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
具体的には、気化した樹脂材料の気化持続樹脂量に対応して、1回の成膜中において供給する樹脂量を供給時間の経過に伴って次第に増加するように設定する。
このとき、図3に示す供給時間計測工程S10に対応した工程である供給樹脂量計測工程S30として、成膜された膜厚として換算される樹脂材料供給量の計測を開始する。
ここで、バルブ112Vは、開度調整可能な構成とされる。
具体的には、気化器300における樹脂材料の気化持続樹脂量の増加に応じて、加熱固化の発生等によって減少する樹脂量を補償するために、成膜時間の増加に伴って供給樹脂量を増大して成膜レートの減少を補償するように設定する。
また、気化器300は連続運転でなくても、直近のクリーニングからの気化時間の積算で気化効率が減少する。気化器300の運転、停止を繰り返しても、気化持続樹脂量を積算すれば、気化効率の減少量を算出することができる。
図18は、本実施形態に係る素子構造体の製造方法(成膜方法)を示すフローチャートであり、本実施形態において、上述した第2実施形態と異なるのは、成膜レートを補償する樹脂供給方法に関する点であり、これ以外の上述した第2実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
このとき、液状の樹脂材料を加熱部152に噴霧する単位時間当たりの供給量を制御する。
具体的には、気化器300における樹脂材料の気化持続樹脂量の増加に応じて、加熱固化の発生等によって減少する樹脂量を補償するために、成膜時間の増加に伴って供給樹脂量を増大して成膜レートの減少を補償するように設定する。
2b,21b,22b,32b…境界部
3…デバイス層(機能層)
5…樹脂膜
5a…樹脂材料膜5a
10,20,30…素子構造体
40…凸部
41…第1の無機材料層(第一層)
42…第2の無機材料層(第二層)
51,53…第1の樹脂材
52…第2の樹脂材
100…樹脂成膜部(成膜室)
102…ステージ
105…シャワープレート
102a…基板冷却装置
112…樹脂材料供給管(第一配管)
112V…バルブ
113…樹脂材料迂回管(第二配管)
113V…バルブ
122…UV照射装置
130…気化槽
132…吐出部
140…樹脂材料液供給管
150…樹脂材料原料容器
200…コア室
201…第一層形成部(成膜室)
202…局在化処理部
203…第二層形成部(成膜室)
204…機能層形成部(成膜室)
210…ロードロック室
300…気化器
400…制御部
1000…素子構造体の製造装置
Claims (12)
- 液状の樹脂材料を加熱部に噴霧して気化し、気化された蒸気を基板上に供給して樹脂材料膜を成膜する成膜方法であって、
前記樹脂材料を前記加熱部に供給した量の合計である気化積算量に応じて減少する前記樹脂材料の気化率を補償するように成膜条件を制御する、
成膜方法。 - 前記成膜条件は、前記樹脂材料膜を前記基板一枚当たりの成膜する成膜時間、もしくは、液状の樹脂材料を前記加熱部に噴霧する単位時間当たりの供給量の少なくともいずれかを含む、
請求項1に記載の成膜方法。 - 前記加熱部は傾斜面を有する、
請求項1又は請求項2に記載の成膜方法。 - 前記樹脂材料は、紫外線硬化型のアクリル樹脂の材料である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 液状の樹脂材料を加熱部に噴霧して気化し、気化された蒸気を基板上に供給して樹脂材料膜を成膜する成膜装置であって、
前記加熱部に樹脂材料を供給した積算量を含む気化運転データを記録する記録部と、
前記気化運転データを参照して、成膜時間を長くする時間、もしくは、前記液状の樹脂材料を前記加熱部に噴霧する単位時間当たりの供給量を増加させる増加量、の少なくともいずれかを決定する制御部を有する、
成膜装置。 - 基板の一面に配された機能層を被覆するとともに、局所的な凸部を有する、無機材料からなる第一層を形成する第1工程と、
前記基板の一面側を覆う前記第一層を被覆するように、液状の樹脂材料を気化して供給し前記樹脂材料からなる樹脂材料膜を形成する第2工程と、
前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面と前記基板の一面との境界部を含む位置にある前記樹脂材料膜の一部を残存させ、前記樹脂材料膜が残存する位置とは異なる位置にある該樹脂材料膜を除去する第3工程と、
前記残存させた樹脂材料膜の一部、及び、前記樹脂材料膜の除去により露呈した前記第一層を被覆するように、無機材料からなる第二層を形成する第4工程と、を含み、
前記第2工程において、気化した前記樹脂材料の気化持続時間に応じて減少する前記樹脂材料を補償するように供給状態を制御する、
素子構造体の製造方法。 - 前記第2工程において、気化した前記樹脂材料の供給時間に対応した前記樹脂材料の供給量に応じて、前記樹脂材料膜の成膜時間を長くする、
請求項6に記載の素子構造体の製造方法。 - 前記第2工程における前記樹脂材料膜の成膜処理時に、気化した前記樹脂材料を成膜室の内部に供給するとともに、前記樹脂材料膜の非成膜処理時には、気化した前記樹脂材料を前記成膜室の外部に送通させ、
前記樹脂材料の供給量を前記樹脂材料の気化量として積算した積算量を得て、前記積算量に応じて前記樹脂材料膜の成膜時間を制御する、
請求項7に記載の素子構造体の製造方法。 - 前記第3工程は、前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面における頂部を含む領域が露呈するように、前記樹脂材料膜を除去する、
請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の素子構造体の製造方法。 - 前記第3工程は、前記樹脂材料膜を除去する手法としてドライエッチング法を用いる、
請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の素子構造体の製造方法。 - 前記第3工程は、前記樹脂材料膜をエッチング処理する条件のうち、特定の条件の変化を検出し、検出された検出結果を該エッチング処理の終点として用いる、
請求項10に記載の素子構造体の製造方法。 - 基板の一面側に配された機能層を被覆するとともに、局所的な凸部を有する、無機材料からなる第一層を形成する第一層形成部と、
液状の樹脂材料を加熱して気化する気化器から気化した前記樹脂材料を供給可能として、前記第一層を被覆する、前記樹脂材料からなる樹脂材料膜を形成する樹脂成膜部と、
前記第一層を側断面から見て、前記凸部の外側面と前記基板の一面との境界部を含む位置にある前記樹脂材料膜の一部を残存させ、前記樹脂材料膜が残存する位置とは異なる位置にある該樹脂材料膜を除去する局在化処理部と、
前記基板の一面側にある前記凸部、前記残存させた樹脂材料膜の一部、および、前記除去により露呈した前記第一層を被覆するように、無機材料からなる第二層を形成する第二層形成部と、
を有するとともに、
前記気化器が備える気化槽に接続されて、成膜時に気化した前記樹脂材料を前記樹脂成膜部に供給する供給管と、
前記気化槽に接続されて、非成膜処理時に気化した前記樹脂材料を前記樹脂成膜部の外部に送通する外部管と、
前記供給管と前記外部管とを切り替える切替弁と、
を具備し、
気化持続時間に応じて減少する前記樹脂材料を補償するように前記樹脂成膜部に樹脂材料を供給する供給時間を制御する制御部を有する、
素子構造体の製造装置。
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