KR101994164B1 - 밀봉막의 형성 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 원료를 사용하여, 저온에서 유기 발광 소자 등의 상에 밀봉막을 형성하는 방법을 제공한다. 밀봉막 제조 장치(100)는, 처리 용기(1)와, 피처리체인 기판(S)을 배치하는 스테이지(3)와, 처리 용기(1) 내에서 질소 함유 플라즈마(N2 플라즈마)(P)를 발생시키는 플라즈마원(5)을 가지고 있다. 처리 용기(1)는, 적어도 2 개의 공간(S1)과 공간(S2)으로 구분되어 있다. 공간(S1)은, 플라즈마 생성용의 희가스와 질소 가스를 도입하여 질소 함유 플라즈마(P)의 생성을 행하는 플라즈마 생성부이다. 또한 공간(S2)은, 공간(S1)에서 생성한 질소 함유 플라즈마(P)에 의해, 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 분해시키고, CVD법에 의해 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 반응부이다.

Description

밀봉막의 형성 방법{SEALING FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 유기 발광 소자 등의 디바이스를 밀봉하기 위한 밀봉막의 형성 방법에 관한 것이다.
유기 EL(Electro Luminescence) 소자는, 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 유기 화합물의 루미네선스를 이용하는 발광 소자이고, 한 쌍의 전극 간에 복수의 유기 기능막의 적층체(이하, 이 적층체를 'EL층'이라고 총칭함)가 개재된 구조로 되어 있다. 여기서, EL층은 예컨대 양극측으로부터 [정공 수송층 / 발광층 / 전자 수송층], [정공 주입층 / 정공 수송층 / 발광층 / 전자 수송층], 혹은 [정공 주입층 / 정공 수송층 / 발광층 / 전자 수송층 / 전자 주입층] 등의 순으로 적층된 구조를 가지고 있다.
유기 EL 소자는 수분에 약하고, 소자에 수분이 혼입되면, 발광 휘도가 저하되거나, 비발광 영역(다크 스폿)이 발생하는 문제가 생긴다. 그 때문에, 유기 EL 소자의 표면을 내투습성의 밀봉막으로 덮는 것이 행해지고 있다. 저온에서의 성막이 가능하고, 또한 매우 높은 내투습성을 가지는 밀봉막으로서, 예컨대 질화 규소가 이용되고 있다(예컨대, 특허 문헌 1).
질화 규소막은, 실란(SiH4), 사불화규소(SiF4) 등의 Si 함유 화합물과, 질소 가스 또는 암모니아 등의 N 함유 화합물로 플라즈마 CVD(화학 기상 성장)법에 의해 형성할 수 있다. 그러나, 플라즈마 CVD법으로 질화 규소막을 형성하는 경우, 이하와 같은 반응 기구에 의해 실란(SiH4) 또는 사불화규소(SiF4)가 분해되어, 플라즈마 중에 다량의 활성 수소종(H 라디칼, H 이온) 또는 할로겐이 발생한다.
(SiH4의 경우)
SiH4 ＋ N2 (＋ NH3) → SiNxHy ＋ H2
(SiF4의 경우)
SiF4 ＋ N2 (＋ NH3) → SiNxFy ＋ F(＋ HF)
활성 수소종에 의해, 하지(下地)의 유기층이 에칭되거나 산화물 반도체층이 환원되는 등의 데미지가 발생한다. 또한, 원료로서 사불화규소(SiF4)를 이용하는 경우는, 막 중으로의 불소 원자의 혼입에 의해, 수분이 진입한 경우에 강한 부식성을 가지는 불산(HF)이 유리(遊離)하고, 하지의 유기층 또는 산화물 반도체층이 에칭되는 등의 데미지가 발생한다.
절연막 중으로의 수소의 혼입을 피하기 위하여, 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4]과 할로겐화 트리알킬아민을 원료로서 CVD법으로 이산화 규소막을 형성하는 방법(예컨대, 특허 문헌 2), 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4]과 산소를 원료로서 플라즈마 CVD법으로 이산화 규소막을 형성하는 방법(예컨대, 특허 문헌 3) 등이 제안되고 있다. 그러나, 특허 문헌 2는 원료에 할로겐 원자를 포함하기 때문에, 하지막으로의 데미지가 우려된다. 또한, 특허 문헌 2, 3은 모두 이산화 규소막의 형성에 관한 것이다.
국제특허공개공보 WO 2011/162151호(도 1 등) 일본특허등록공보 제3836553호 공보(특허 청구의 범위 등) 일본특허공개공보 평07-066196호 공보(특허 청구의 범위 등)
플라즈마 CVD법에 의해 질화 규소막을 형성하는 경우, 일반적으로 질소원으로서 질소 가스 또는 암모니아가 이용된다. 그러나, 암모니아는 분자 내에 수소 원자를 포함하기 때문에, 하지막에 데미지를 줄 수 있다. 한편, 질소 가스는 분자 내에 수소 원자를 포함하지 않지만, 질소 분자를 분해시키기 위하여 고에너지가 필요하기 때문에, 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4]과 병용한 경우에, 원하는 CVD 반응을 발생시킬 수 있는지 여부에 대해서는 확인되어 있지 않다.
따라서, 본 발명은 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 원료를 사용하여, 저온에서 유기 발광 소자 등의 상에 밀봉막을 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, CVD법에 의해 피처리체 상에 형성된 소자를 덮는 밀봉막을 형성하는 것이다. 본 발명의 밀봉막의 형성 방법은 질소 가스를 여기시켜 생성시킨 질소 함유 플라즈마에 의해, 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 분해하고, 상기 소자 상에 상기 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물이 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4]이어도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 처리 온도가 80 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 범위 내여도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 처리 압력이 6.7 Pa 이상 40 Pa 이하의 범위 내여도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 상기 피처리체에 0.025 W/cm2 이상 0.125 W/cm2 이하의 범위 내에서 바이어스 전력을 공급하면서 상기 질화 규소막을 퇴적시켜도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 상기 질화 규소막을 퇴적시키는 제 1 단계와, 상기 규소 화합물의 공급을 정지한 상태에서, 상기 질소 함유 플라즈마에 의해 상기 질소 규소막 중의 불순물을 제거하는 제 2 단계를 포함하는 것이어도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계를 교호로 반복해도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 적어도 상기 제 2 단계의 동안, 상기 피처리체에 0.025 W/cm2 이상 0.125 W/cm2 이하의 범위 내에서 바이어스 전력을 공급해도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 상기 질소 함유 플라즈마가 복수의 마이크로파 방사홀을 가지는 평면 안테나에 의해 도입되는 마이크로파에 의해 여기된 것이어도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법은, 상기 질소 함유 플라즈마가 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가함으로써 형성되는 유도 전계에 의해 여기된 것이어도 된다.
본 발명의 밀봉막 제조 장치는, 피처리체 상에 형성된 소자를 덮는 밀봉막을 형성하는 것이다. 본 발명의 밀봉막 제조 장치는, 피처리체를 처리하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 배치하는 배치대와, 질소 가스를 여기시켜 질소 함유 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성부와, 상기 질소 함유 플라즈마에 의해 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 분해하고, 상기 소자 상에 상기 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 반응을 행하게 하는 반응부를 구비한다.
본 발명의 밀봉막 제조 장치는, 상기 플라즈마 생성부에 상기 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급원이 접속되어 있어도 되고, 상기 반응부에 상기 규소 화합물을 공급하는 규소 화합물 공급원이 접속되어 있어도 된다.
본 발명의 밀봉막 제조 장치는, 상기 배치대에, 상기 피처리체에 바이어스 전력을 공급하기 위한 고주파 전원이 접속되어 있어도 된다.
본 발명의 밀봉막의 형성 방법 및 밀봉막 제조 장치에 의하면, 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 원료로부터, 높은 플라즈마 밀도를 가지는 플라즈마를 이용하여, 유기 발광 소자 등의 소자 상에, 저온에서 밀봉막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에 이용 가능한 밀봉막 제조 장치의 구성을 간략화하여 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 처리 대상이 되는 소자가 형성된 기판의 주요부를 확대한 단면도이다.
도 3은 도 2에 이어서, 소자를 덮는 밀봉막을 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 밀봉막 제조 장치의 개략 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 밀봉막 제조 장치에서의 샤워 헤드의 배치예를 나타낸 설명도이다.
도 6은 도 4의 밀봉막 제조 장치의 제어부의 구성예를 설명한 도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막 제조 장치의 개략 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 밀봉막 제조 장치에서의 유전체벽 및 고주파 안테나를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 7의 밀봉막 제조 장치에서의 유전체 커버 및 유전체 커버 고정구를 나타낸 저면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에서의 타이밍 차트이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 변형예에서의 타이밍 차트이다.
이하, 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 원리에 대하여 설명한다. 도 1은 밀봉막 제조 장치의 구성을 간략화하여 나타낸 모식도이다. 밀봉막 제조 장치(100)는, 처리 용기(1)와, 피처리체인 기판(S)을 배치하는 스테이지(3)와, 처리 용기(1) 내에서 질소 함유 플라즈마(N2 플라즈마)(P)를 발생시키는 플라즈마원(5)을 가지고 있다. 피처리체인 기판(S)으로서는, 예컨대 글라스 기판, 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 기판(S) 상에는, 예컨대 유기 EL 소자 등의 유기 발광 소자가 형성된다.
처리 용기(1)는 적어도 2 개의 공간(S1)과 공간(S2)으로 구분되어 있다. 공간(S1)은, 플라즈마 생성용의 희가스와 질소 가스를 도입하여 질소 함유 플라즈마(P)를 생성하는 플라즈마 생성부이다. 또한, 공간(S2)은, 공간(S1)에서 생성된 질소 함유 플라즈마(P)에 의해 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 분해시키고, CVD법에 의해 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 반응부이다. 여기서, '분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물'(이하, 단순히 '규소 화합물'이라고 기재하는 경우가 있음)로서는, 예컨대 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4] 등을 이용할 수 있다.
플라즈마원(5)으로서는, 해리되기 어려운 질소 분자를 분해하여, 예컨대 플라즈마 밀도가 1011 ~ 1012 cm- 3 정도 또는 그 이상의 고밀도의 질소 함유 플라즈마를 생성할 수 있는 것이면 된다. 이러한 고밀도의 질소 함유 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마원으로서, 예컨대 공간(S1)으로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 플라즈마 발생 장치, 또는 공간(S1)에 고전압과 고주파수의 변동 자장을 형성할 수 있는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 발생 장치 등을 이용할 수 있다.
또한, 공간(S1)과 공간(S2)을 각기 다른 용기 내에 형성하고, 공간(S1)에서 생성한 플라즈마(P)를 공간(S2)으로 공급하는 방식도 가능하다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 처리 대상이 되는 소자가 형성된 기판의 주요부를 확대한 단면도이다. 소자의 일례로서, 유기 발광 소자인 유기 EL 소자(300)는, 예컨대 기판(S) 상에 양극층(301), EL층(302) 및 음극층(303)이 적층된 구조를 가지고 있다. 양극층(301)은, 예컨대 ITO막, ZnO막 등과 같이, EL층(302)의 광을 투과시키는 투명 전극에 의해 형성되어 있다. EL층(302)은, 예컨대 정공 주입층(311), 정공 수송층(312), 청색 발광층(313), 적색 발광층(314), 녹색 발광층(315), 전자 수송층(316)의 적층 구조를 이루고 있다. 음극층(303)은, 예컨대 은, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성되어 있다.
도 3은 도 2의 기판(S)에 대하여, 본 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법 및 밀봉막 제조 장치(100)에 의해, 유기 EL 소자(300)를 덮는 밀봉막(320)이 형성된 상태를 나타내고 있다. 밀봉막(320)은 질화 규소로 이루어지는 절연막이며, 유기 EL 소자(300)를 덮도록 성막되어, 유기 EL 소자(300)의 전체를 밀봉하고 있다.
밀봉막(320)의 형성에 있어서, 본 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에서는, 분자 내에 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 성막 원료를 사용한다. 우선, 공간(S1)에 질소 가스와 아르곤 가스를 도입하면서, 플라즈마원(5)에 의해 고에너지를 공급하여, 공간(S1)에서 고밀도의 질소 함유 플라즈마(P)를 생성시킨다. 즉, 최초로 고에너지를 필요로 하는 질소 분자의 해리 반응을 발생시킨다. 이어서, 이 고밀도의 질소 함유 플라즈마(P)를 공간(S2)으로 도입하여, 규소 화합물을 원료로 하는 CVD 반응을 행한다. CVD 반응은, 예컨대 이하의 기구로 행해진다. 이 CVD 반응의 구체적 조건에 대해서는 후술한다.
[Si(NCO)4의 경우]
Si(NCO)4 ＋ N2 → SiNx ＋ CN ＋ NO (＋ CO)
이와 같이, 높은 플라즈마 밀도를 가지는 플라즈마를 이용함으로써, 성막 원료로서, 질소 가스와, 분자 내에 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 규소 화합물의 결합을 사용하는 것이 가능해진다. 따라서, 유기 발광 소자 등의 소자 상에 치밀하고, 또한 하지의 유기막 또는 산화물 반도체막에 데미지를 주는 원인이 되는 수소 원자, 할로겐 원자 그 외의 불순물 등을 포함하지 않은 밀봉막을 저온에서 형성할 수 있다.
(제 1 실시 형태의 밀봉막 제조 장치)
이어서, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 밀봉막 제조 장치의 구체적 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 제 1 실시 형태의 밀봉막 제조 장치를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 밀봉막 제조 장치(100A)는, 마이크로파를 평면 안테나의 다수의 마이크로파 방사홀로부터 방사시켜 처리 용기(1) 내에 균질의 마이크로파 플라즈마를 형성할 수 있는 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna) 방식의 마이크로파 플라즈마 장치로서 구성된다. 이 마이크로파 플라즈마는 라디칼을 주체로 하는 저전자 온도 플라즈마이기 때문에, 플라즈마 CVD법에 의해 밀봉막의 형성을 행할 시에, 기판(S) 상의 유기 발광 소자 또는 하지막으로의 플라즈마 데미지를 저감할 수 있다.
이 밀봉막 제조 장치(100A)는, 주요한 구성으로서 대략 각통(角筒) 형상의 처리 용기(1)와, 처리 용기(1) 내에 마련되고, 피처리체인 기판(S)을 배치하는 스테이지(3)와, 처리 용기(1) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입부(5A)와, 처리 용기(1) 내로 가스를 유도하는 가스 공급부(7)와, 처리 용기(1) 내를 배기하는 배기부(11)와, 밀봉막 제조 장치(100A)의 각 구성부를 제어하는 제어부(13)를 가진다. 피처리체인 기판(S)로서는, 예컨대 글라스 기판, 플라스틱 기판 등을 들 수 있다.
(처리 용기)
처리 용기(1)는 접지 전위이고, 예컨대 알루미늄 혹은 그 합금, 또는 스테인리스 스틸 등의 금속 재료로 구성되어 있다. 처리 용기(1)의 저벽(1a)의 대략 중앙부에는 개구부(15)가 형성되어 있고, 저벽(1a)에는 이 개구부(15)와 연통하여, 하방을 향해 돌출되는 배기실(17)이 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(1)의 측벽(1b)에는 기판(S)을 반입반출하기 위한 반입반출구(19)와, 이 반입반출구(19)를 개폐하는 게이트 밸브(G)가 마련되어 있다.
(스테이지)
스테이지(3)는, 예컨대 AlN 등의 세라믹스로 구성되어 있다. 스테이지(3)는 배기실(17)의 저부 중앙으로부터 상방으로 연장되는 원통 형상의 세라믹스제의 지지 부재(23)에 의해 지지되어 있다. 또한, 스테이지(3)의 내부에는 기판(S)을 승강하기 위한 승강 핀(도시하지 않음)이 스테이지(3)의 상면에 대하여 돌출 및 함몰 가능하게 마련되어 있다.
또한, 스테이지(3)의 내부에는 저항 가열형의 히터(27)가 매립되어 있다. 이 히터(27)에 히터 전원(29)으로부터 급전함으로써 스테이지(3)를 개재하여 그 위의 기판(S)을 가열할 수 있다. 또한, 스테이지(3)에는 열전대(도시하지 않음)가 삽입되어 있고, 기판(S)의 가열 온도를 예컨대 50 ~ 200 ℃의 범위 내에서 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 기판(S)의 온도는, 특별히 단서가 없는 한, 히터(27)의 설정 온도가 아닌, 열전대에 의해 계측된 온도를 의미한다.
처리 용기(1)의 외부에는, 정합기(30)와 고주파 전원(31)이 더 설치되어 있다. 스테이지(3)는 통전봉(32)을 개재하여 정합기(30)에 접속되고, 또한, 이 정합기(30)를 개재하여 고주파 전원(31)에 접속되어 있다. 기판(S)에 대하여 CVD 처리를 행할 시에는, 스테이지(3)에 고주파 전원(31)으로부터 고주파 전력(예컨대, 400 kHz ~ 2 MHz의 고주파 전력)을 공급하고, 기판(S)에 바이어스 전력을 인가하는 것이 바람직하다. 스테이지(3)에 고주파 전력을 공급하면서 CVD법에 의한 퇴적을 행함으로써, 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하는 작용을 가진다. 즉, 일반적으로 질화 규소막에는 높은 응력이 발생하는 경향이 있고, 강한 압축 응력 또는 인장 응력에 의해, 막 자체에 크랙이 생기거나, 하지막 또는 유기 EL 소자에 손상을 줄 우려가 있다. 비교적 약한 바이어스 전력을 인가함으로써 막 구조를 완화시켜, 질화 규소막의 스트레스를 완화할 수 있다.
(마이크로파 도입부)
마이크로파 도입부(5A)는 처리 용기(1)의 상부에 마련되어 있다. 마이크로파 도입부(5A)는 다수의 마이크로파 방사홀(33a)이 형성된 평면 안테나(33)와, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부(35)와, 유전체로 이루어지는 투과판(39)과, 처리 용기(1)의 상부에 마련된 프레임 형상 부재(41)와, 마이크로파의 파장을 조절하는 유전체로 이루어지는 지파판(43)과, 평면 안테나(33) 및 지파판(43)을 덮는 커버 부재(45)를 가지고 있다. 또한, 마이크로파 도입부(5A)는 마이크로파 발생부(35)에서 발생한 마이크로파를 평면 안테나(33)로 유도하는 도파관(47) 및 동축 도파관(49)과, 도파관(47)과 동축 도파관(49)의 사이에 마련된 모드 변환기(51)를 가지고 있다. 마이크로파 도입부(5A)는 도 1에서의 플라즈마원(5)에 상당하는 것이다.
마이크로파를 투과시키는 투과판(39)은 유전체, 예컨대 석영 또는 Al2O3, AlN 등의 세라믹스 등의 재질로 구성되어 있다. 투과판(39)은 프레임 형상 부재(41)에 지지되어 있다. 이 투과판(39)과 프레임 형상 부재(41)의 사이는 O링 등의 씰 부재(도시하지 않음)에 의해 기밀하게 씰링된다. 따라서, 처리 용기(1) 내는 기밀하게 유지된다.
평면 안테나(33)는, 예컨대 평판 형상을 이루고 있고, 표면이 금 또는 은 도금된 구리판, 알루미늄판, 니켈판 및 그들의 합금 등의 도전성 부재로 구성되어 있다. 평면 안테나(33)는 투과판(39)의 상방(처리 용기(1)의 외측)에 있어서, 스테이지(3)의 상면(기판(S)을 배치하는 면)과 대략 평행하게 마련되어 있다. 평면 안테나(33)는 프레임 형상 부재(41)에 지지되어 있다. 평면 안테나(33)는 마이크로파를 방사하는 다수의 직사각형 형상(슬롯 형상)의 마이크로파 방사홀(33a)을 가지고 있다. 마이크로파 방사홀(33a)은 정해진 패턴으로 평면 안테나(33)를 관통하여 형성되어 있다. 전형적으로는, 인접하는 마이크로파 방사홀(33a)이 정해진 형상(예컨대 T자 형상)으로 결합되어 쌍을 이루고, 또한 그것이 전체로서 예컨대 동심원 형상으로 배치되어 있다. 마이크로파 방사홀(33a)의 길이 또는 배열 간격은 동축 도파관(49) 내의 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정된다. 예컨대, 마이크로파 방사홀(33a)의 간격은 λg / 4 ~ λg가 되도록 배치된다. 또한, 마이크로파 방사홀(33a)의 형상은 원 형상, 원호 형상 등의 다른 형상이어도 된다. 또한, 마이크로파 방사홀(33a)의 배치 형태는 특별히 한정되지 않고, 동심원 형상 외에, 예컨대 나선 형상, 방사 형상 등으로 배치할 수도 있다.
평면 안테나(33)의 상면에는 진공보다 큰 유전율을 가지는 지파판(43)이 마련되어 있다. 이 지파판(43)은 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지는 점에서, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 가진다. 지파판(43)의 재질로서는, 예를 들면 석영, 폴리테트라 플루오르 에틸렌 수지, 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다.
이들 평면 안테나(33) 및 지파재(43)를 덮도록 커버 부재(45)가 마련되어 있다. 커버 부재(45)는, 예컨대 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 커버 부재(45)의 중앙에는 동축 도파관(49)이 접속되어 있다. 동축 도파관(49)은 평면 안테나(33)의 중심으로부터 상방으로 연장되는 내도체(49a)와 그 주위에 마련된 외도체(49b)를 가지고 있다. 동축 도파관(49)의 타단측에는 모드 변환기(51)가 마련되고, 이 모드 변환기(51)는 도파관(47)에 의해 마이크로파 발생부(35)에 접속되어 있다. 도파관(47)은 수평 방향으로 연장되는 직사각형 도파관이고, 모드 변환기(51)는 도파관(47) 내를 TE 모드로 전파(傳播)하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 가지고 있다. 이상과 같은 구성의 마이크로파 도입부(5A)에 의해, 마이크로파 발생부(35)에서 발생한 마이크로파가 동축 도파관(49)을 통하여 평면 안테나(33)로 전송되고, 또한 투과판(39)을 개재하여 처리 용기(1) 내에 도입되도록 되어 있다. 마이크로파의 주파수로서는, 예컨대 2.45 GHz가 바람직하게 이용되며, 그 밖에 8.35 GHz, 1.98 GHz 등을 이용할 수도 있다. 이하, 특별히 명기하지 않는 한, 주파수 2.45 GHz의 마이크로파를 이용하는 것으로 한다.
(가스 공급부)
가스 공급부(7)는 처리 용기(1)의 내벽을 따라 링 형상으로 마련된 제 1 가스 도입부로서의 샤워 헤드(57)와, 이 샤워 헤드(57)의 하방에 있어서, 처리 용기(1) 내의 공간을 상하로 구획하도록 마련된 제 2 가스 도입부로서의 샤워 플레이트(59)를 가지고 있다. 또한, 가스 공급부(7)는 샤워 헤드(57)에 접속된 제 1 가스 공급부(7A)와 샤워 플레이트(59)에 접속된 제 2 가스 공급부(7B)를 가지고 있다. 샤워 헤드(57)는 플라즈마에 의한 데미지(스퍼터링 등)를 피하기 위하여, 투과판(39)으로부터 적어도 30 mm 이상 거리를 두고 설치하는 것이 바람직하다.
도 5는 처리 용기(1)의 내부에서 본 샤워 헤드(57)의 하면을 나타내고 있다. 샤워 헤드(57)는 중앙 부분(58A), 외연 부분(58C) 및 이들 사이에 개재하는 중간 부분(58B)으로 3 분할되어 있다. 중앙 부분(58A)은 기판(S)의 중앙부에 대향하는 위치에 설치되고, 외연 부분(58C)은 기판(S)의 외연부에 대향하는 위치에 마련되며, 중간 부분(58B)은 기판(S)의 중앙부와 외연부의 사이의 영역에 대향하는 위치에 마련되어 있다. 샤워 헤드(57)의 중앙 부분(58A)과 중간 부분(58B)의 사이, 중간 부분(58B) 및 외연 부분(58C)에는, 투과판(39)이 공간(S1)에 노출되어 있고, 마이크로파 방사 영역을 형성하고 있다. 샤워 헤드(57)의 중앙 부분(58A), 중간 부분(58B) 및 외연 부분(58C)은, 각각 처리 용기(1) 내의 공간(S1)으로 가스를 도입하는 가스 방출홀(57a)과, 이 가스 방출홀(57a)에 연통하는 가스 유로(57b)를 가지고 있다. 중앙 부분(58A), 중간 부분(58B) 및 외연 부분(58C)의 각 가스 유로(57b)는 연통 부분(57c)에 의해 서로 연통되어 있다. 또한, 중앙 부분(58A), 중간 부분(58B) 및 외연 부분(58C)의 각 가스 유로(57b)는, 가스 공급 배관(71)을 개재하여 제 1 가스 공급부(7A)에 접속되어 있다. 제 1 가스 공급부(7A)는 가스 공급 배관(71)으로부터 분기한 2 개의 분기관(71a, 71b)을 가지고 있다. 또한, 분기관(71a, 71b)에는 도시하지 않은 유량 제어 장치 또는 밸브가 마련되어 있다.
분기관(71a)은 플라즈마 생성 등의 목적으로 이용하는 희가스를 공급하는 희가스 공급원(73)에 접속되어 있다. 희가스로서는, 예컨대 Ar, He, Ne, Kr, Xe 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있는 Ar을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
분기관(71b)은 성막 원료의 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급원(75)에 접속되어 있다.
처리 가스를 도입하기 위한 샤워 플레이트(59)는 처리 용기(1) 내의 스테이지(3)와 마이크로파 도입부(5A)의 사이에 대략 수평으로 마련되어 있다. 샤워 플레이트(59)는, 예컨대 알루미늄 등의 재질로 이루어지는 평면에서 봤을 때 격자 형상으로 형성된 가스 분배 부재(61)를 가지고 있다. 이 가스 분배 부재(61)는, 그 격자 형상의 본체 부분의 내부에 형성된 가스 유로(63)와, 가스 유로(63)에 연통하여 형성되며, 스테이지(3)에 대향하도록 개구되는 다수의 가스 방출홀(65)을 가지고 있고, 또한 격자 형상의 가스 유로(63)의 사이는 다수의 관통 개구(67)가 마련되어 있다. 샤워 플레이트(59)의 가스 유로(63)에는 처리 용기(1)의 벽에 도달하는 가스 공급로(69)가 접속되어 있고, 이 가스 공급로(69)는 가스 공급 배관(79)을 개재하여 제 2 가스 공급부(7B)에 접속된다. 제 2 가스 공급부(7B)는 가스 공급 배관(79)으로부터 분기한 2 개의 분기관(79a, 79b)을 가지고 있다. 또한, 분기관(79a, 79b)에는 도시하지 않은 유량 제어 장치 또는 밸브가 마련되어 있다.
분기관(79a)은 밀봉막의 원료가 되는 규소 화합물을 공급하는 규소 화합물 공급원(81)에 접속되어 있다. 도 4에서는 규소 화합물 공급원(81)으로부터, '분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물'로서 테트라이소시아네이트실란을 공급하는 경우를 예시하고 있다. 도시는 생략하지만, 규소 화합물 공급원(81)은 기화기 등을 구비하고 있어도 된다. 예컨대, 테트라이소시아네이트실란은 상온에서 액체이지만, 비점이 186 ℃인 점에서 기화기에 의해 용이하게 증기의 형태로 할 수 있다.
분기관(79b)은 캐리어 가스의 목적으로 이용하는 희가스를 공급하는 희가스 공급원(83)에 접속되어 있다. 희가스로서는, 예컨대 Ar, He, Ne, Kr, Xe 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 저코스트인 점에서 Ar을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
또한 제 1 가스 공급부(7A) 및 제 2 가스 공급부(7B)는, 예컨대 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급원, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급원 등의 다른 복수의 가스 공급원 또는 배관을 가지고 있어도 된다.
밀봉막 제조 장치(100A)에서는 규소 화합물을 기판(S)에 가까운 샤워 플레이트(59)로부터 처리 용기(1) 내에 도입함으로써, CVD법에 의한 밀봉막의 퇴적 반응의 효율을 높이고 있다. 여기서, 처리 용기(1)에서의 투과판(39)의 하면으로부터, 기판(S)을 배치하는 스테이지(3)의 상면까지의 간격(갭)(G1)은, 플라즈마의 전자 온도를 기판(S) 근방에서 충분히 낮추고, 기판(S) 표면에서 성장하는 밀봉막 또는 하지막 등으로의 데미지를 억제하는 관점에서, 예컨대 100 mm ~ 200 mm의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 140 mm ~ 180 mm의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 샤워 플레이트(59)의 하단(가스 방출홀(65)의 개구 위치)으로부터, 기판(S)을 배치하는 스테이지(3)의 상면까지의 간격(갭)(G2)은, 밀봉막의 퇴적에 이용하는 규소 화합물의 반응 효율을 가능한 한 높게 유지하는 관점과, 기판(S) 표면에서 성장하는 밀봉막 또는 하지막으로의 이온 조사를 억제하여 데미지를 저감, 균일화하는 관점에서, 50 mm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 100 mm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
(배기부)
배기부(11)는 배기실(17)과, 이 배기실(17)의 측면에 마련된 배기관(97)과, 이 배기관(97)에 접속된 배기 장치(99)를 가지고 있다. 배기 장치(99)는 도시는 생략하지만, 예컨대 진공 펌프 또는 압력 제어 밸브 등을 가지고 있다.
(플라즈마 생성부 · 반응부)
처리 용기(1) 내에 있어서, 측벽(1b)과 마이크로파를 도입하는 투과판(39)과, 샤워 플레이트(59)에 의해 둘러싸인 공간(S1)에, 샤워 헤드(57)으로부터 플라즈마 생성용의 희가스와 질소 가스를 도입하는 구성으로 되어 있다. 이 공간(S1)은 마이크로파에 의한 질소 함유 플라즈마를 생성하는 '플라즈마 생성부'이다.
또한 처리 용기(1) 내에서, 측벽(1b)과 저벽(1a)과 샤워 플레이트(59)에 둘러싸인 공간(S2)은, 공간(S1)에서 생성된 질소 함유 플라즈마와 샤워 플레이트(59)에 의해 도입되는 규소 화합물 가스를 혼합하고, 또한 규소 화합물을 분해시켜, CVD법에 의해 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 '반응부'이다. 본 실시 형태에서는, 샤워 플레이트(59)가 플라즈마 생성부(공간(S1))와 반응부(공간(S2))를 구획하는 경계를 구성하고 있다.
(제어부)
제어부(13)는 밀봉막 제조 장치(100A)의 각 구성부를 제어하는 모듈 컨트롤러이다. 제어부(13)는 전형적으로는 컴퓨터이며, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, CPU를 구비한 컨트롤러(501)와, 이 컨트롤러(501)에 접속된 유저 인터페이스(503) 및 기억부(505)를 구비하고 있다. 컨트롤러(501)는 밀봉막 제조 장치(100A)에 있어서, 예컨대 온도, 압력, 가스 유량, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계하는 각 구성부(예컨대, 히터 전원(29), 제 1 가스 공급부(7A), 제 2 가스 공급부(7B), 고주파 전원(31), 마이크로파 발생부(35), 배기 장치(99) 등)를 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(503)는, 공정 관리자가 밀봉막 제조 장치(100A)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 및 터치 패널, 밀봉막 제조 장치(100A)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 가지고 있다. 또한, 기억부(505)에는 밀봉막 제조 장치(100A)에서 실행되는 각종 처리를 컨트롤러(501)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어) 및 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 그리고, 필요에 따라 유저 인터페이스(503)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(505)로부터 호출하여 컨트롤러(501)에 실행시킴으로써, 컨트롤러(501)의 제어에 의해 밀봉막 제조 장치(100A)의 처리 용기(1) 내에서 원하는 처리가 행해진다. 또한, 상기 제어 프로그램 및 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(507)에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 그와 같은 기록 매체(507)로서는, 예컨대 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리 등을 이용할 수 있다. 또한 상기 레시피를 다른 장치로부터 예컨대 전용 회선을 통하여 전송시켜 이용하는 것도 가능하다.
이상의 구성을 가지는 밀봉막 제조 장치(100A)는 높은 플라즈마 밀도를 가지고, 라디칼을 주체로 하는 저전자 온도의 리모트 플라즈마를 이용한 성막 처리가 가능하기 때문에, 기판(S) 상의 소자 또는 하지막으로의 데미지를 억제할 수 있다.
(제 2 실시 형태의 밀봉막 형성 장치)
이어서, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막 형성 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막 제조 장치(100B)를 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 7에서의 유전체벽 및 고주파 안테나를 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 7에서의 유전체 커버 및 유전체 커버 고정구를 나타낸 저면도이다.
밀봉막 제조 장치(100B)는 본체 용기(102)와, 이 본체 용기(102) 내에 배치되어, 본체 용기(102) 내의 공간을 상하의 2 개의 공간으로 구획하는 유전체벽(106)에 의해 형성된 안테나실(104)과 처리실(105)을 구비한다. 안테나실(104)은 본체 용기(102) 내에서의 유전체벽(106)의 상측의 공간을 획정하고, 처리실(105)은 본체 용기(102) 내에서의 유전체벽(106)의 하측의 공간을 획정한다. 따라서, 유전체벽(106)은 안테나실(104)의 저부를 구성하고, 또한 처리실(105)의 천장 부분을 구성한다. 처리실(105)은 기밀하게 유지되고, 따라서 기판(S)에 대하여 밀봉막 형성 처리가 행해진다.
본체 용기(102)는 상벽부(102a)와 저부(102b)와 4 개의 측부(102c)를 가지는 각통 형상의 용기이다. 본체 용기(102)의 재료로서는 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 도전성 재료가 이용된다. 또한, 본체 용기(102)는 접지되어 있다.
유전체벽(106)은 예컨대, Al2O3 등의 세라믹스 또는 석영 등의 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 유전체벽(106)은 4 개의 부분으로 분할되고, 제 1 부분벽(106A), 제 2 부분벽(106B), 제 3 부분벽(106C) 및 제 4 부분벽(106D)을 가지고 있다. 또한 유전체벽(106)은 4 개의 부분으로 분할되어 있지 않아도 된다.
밀봉막 제조 장치(100B)는, 유전체벽(106)을 지지하는 지지 부재로서 지지 선반(107)과 지지 빔(116)을 더 구비하고 있다. 지지 선반(107)은 본체 용기(102)의 측벽(102c)에 장착되어 있다. 지지 빔(116)은, 예컨대 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 십자 형상을 이루고 있다. 유전체벽(106)의 4 개의 부분벽(106A, 106B, 106C, 106D)은 지지 선반(107)과 지지 빔(116)에 의해 지지되어 있다. 또한 지지 선반(107)과 지지 빔(116)을 일체로 형성해도 된다.
밀봉막 제조 장치(100B)는, 각각 본체 용기(102)의 상벽부(102a)에 접속된 상단부를 가지는 원통 형상의 서스펜더(108A, 108B)를 더 구비하고 있다. 지지 빔(116)은 그 상면의 중앙 부분(십자의 교차 부분)에 있어서 서스펜더(108A)의 하단부에 접속되어 있다. 또한, 지지 빔(116)은 그 상면에서의 중앙 부분과 십자의 4 개의 선단 부분의 중간의 4 개소에 있어서 서스펜더(108B)의 하단부에 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 지지 빔(116)은 5 개의 서스펜더(108A, 108B)에 의해 본체 용기(102)의 상벽부(102a)로부터 현수되어, 본체 용기(102)의 내부에서의 상하 방향의 대략 중앙의 위치에 있어서, 수평 상태를 유지하도록 배치되어 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는, 지지 빔(116)의 중앙부에 접속하는 서스펜더(108A)의 내부와, 지지 빔(116)의 상면에서의 중앙 부분과 십자의 4 개의 선단 부분의 중간의 4 개소에 접속하는 서스펜더(108B)의 내부에 가스 도입로를 마련하고 있다. 가스 공급관(121)은 도중에 5 개로 분기하여(도 7에서는 3 개만 도시), 각 서스펜더(108A, 108B)의 내부의 가스 도입로(121a)에 접속하고 있다. 또한 부호(145)는, 가스 공급관(121)의 도중에 마련된 가스 유량 제어를 위한 밸브이다.
서스펜더(108A, 108B)의 내부에는 가스 도입로(121a)가 마련되고, 이 가스 도입로(121a)는 지지 빔(116)의 내부의 가스 도입로(121b)에 접속하고, 또한 가스 도입로(121b)는 유전체 커버 고정구(118)의 가스 도입로(201)에 접속하고 있다. 유전체 커버 고정구(118)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 가스 도입로(201)에 연통하는 복수의 가스홀(201a)을 가지고 있다. 이러한 구성에 의해, 유전체벽(106)의 중앙부뿐 아니라, 그 주위의 4 개소에 있어서도 유전체 커버 고정구(118)를 개재하여 처리 가스를 처리실(105) 내에 도입하는 것이 가능해진다. 따라서, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는 5 개소에 배치된 유전체 커버 고정구(118)로부터 각각 독립하여 처리실(105) 내에 가스 공급을 행할 수 있다.
밀봉막 제조 장치(100B)는, 또한 안테나실(104)의 내부, 즉 처리실(105)의 외부로서 유전체벽(106)의 상방에 배치된 고주파 안테나(이하, 단순히 '안테나'라고 기재함)(113)를 구비하고 있다. 안테나(113)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 대략 정사각형의 평면 사각형 소용돌이 형상을 이루고 있다. 안테나(113)는 유전체벽(106)의 상면 상에 배치되어 있다. 본체 용기(102)의 외부에는 정합기(114)와 고주파 전원(115)이 설치되어 있다. 안테나(113)의 일단은 정합기(114)를 개재하여 고주파 전원(115)에 접속되어 있다. 안테나(113)의 타단은 본체 용기(102)의 내벽에 접속되어, 본체 용기(102)를 개재하여 접지되어 있다.
기판(S)에 대하여 밀봉막의 형성 처리가 행해질 시에는, 안테나(113)에 고주파 전원(115)으로부터 유도 전계 형성용의 고주파 전력(예컨대, 13.56 MHz의 고주파 전력)이 공급된다. 이로써, 안테나(113)에 의해 처리실(105) 내에 유도 전계가 형성된다. 이 유도 전계는 질소 가스 또는 규소 화합물의 가스를 플라즈마로 전화시킨다.
밀봉막 제조 장치(100B)는, 유전체벽(106)의 하면을 덮는 유전체 커버(112)를 더 구비하고 있다. 유전체 커버(112)는 대략 정사각형 형상의 상면 및 저면과 4 개의 측면을 가지는 판 형상을 이루고 있다. 유전체 커버(112)는 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 유전체 커버(112)의 재료로서는, 예컨대 Al2O3 등의 세라믹스 또는 석영이 이용된다.
일례로서, 유전체 커버(112)는 유전체벽(106)과 마찬가지로 4 개의 부분으로 분할되어 있다. 즉, 유전체 커버(112)는 제 1 부분 커버(112A), 제 2 부분 커버(112B), 제 3 부분 커버(112C) 및 제 4 부분 커버(112D)를 가지고 있다. 제 1 내지 제 4 부분 커버(112A, 112B, 112C, 112D)는 각각, 유전체벽(106)의 제 1 내지 제 4 부분벽(106A, 106B, 106C, 106D)의 하면을 덮고 있다. 또한, 유전체 커버(112)는 4 개의 부분으로 분할되어 있지 않아도 되고, 혹은 5 개 이상의 부분으로 분할되어 있어도 된다. 유전체 커버(112)는 유전체 커버 고정구(118, 119)에 의해 고정되어 있다.
또한 본체 용기(102)의 외부에는 가스 공급 장치(120)가 설치되어 있다. 가스 공급 장치(120)는 상기 가스 유로를 통하여 밀봉막 형성 처리에 이용되는 원료 가스를 처리실(105) 내에 공급한다. 가스 공급 장치(120)는 도시는 생략하지만, 플라즈마 생성 등의 목적으로 이용하는 희가스를 공급하는 희가스 공급원과, 성막 원료의 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급원과, 밀봉막의 원료가 되는 규소 화합물로서의 테트라이소시아네이트실란을 공급하는 규소 화합물 공급원을 구비하고 있다.
가스 공급 장치(120)는 가스 공급관(121)을 개재하여 서스펜더(108A, 108B)에 형성된 가스 도입로(121a)에 접속되어 있다. 이 가스 도입로(121a)는 지지 빔(116)에 형성된 가스 도입로(121b)에 접속되어 있다. 밀봉막 형성 처리가 행해질 시에는, 희가스 및 질소 가스가, 가스 공급관(121), 서스펜더(108A) 내에 형성된 가스 도입로(121a), 지지 빔(116) 내에 형성된 가스 도입로(121b), 유전체 커버 고정구(118)의 가스 도입로(201), 복수의 가스홀(201a)을 통하여 처리실(105) 내에 공급된다.
또한, 밀봉막 제조 장치(100B)는 처리 용기(102) 내에 규소 함유 화합물의 가스를 도입하기 위하여, 복수의 파이프 형상의 튜브 노즐(151)을 구비하고 있다. 튜브 노즐(151)은 배치대(122)를 향해 볼록 형상으로 돌출된 U 자 형상을 이루고 있다. 각 튜브 노즐(151)은 유전체벽(106) 및 유전체 커버(112)를 관통하여 마련되어 있고, 그 기단측은 안테나실(104) 내에 배치된 가스 분배관(153)에 접속되어 있다. 이 가스 분배관(153)은 가스 공급관(155)을 개재하여 가스 공급 장치(120)에 접속되어 있다. 가스 공급관(155)에는 가스 유량 제어를 위한 밸브(157)가 마련되어 있다.
튜브 노즐(151)의 선단은 배치대(122)에 배치된 기판(S)에 근접하여 마련되어 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 튜브 노즐(151)의 U 자 형상을 이루는 하단 부분에는 복수의 가스 분사홀(159)이 형성되어 있다. 따라서, 튜브 노즐(151)은 복수의 가스 분사홀(159)로부터 배치대(122)에 배치된 기판(S)의 상면을 향해, 근접한 위치로부터 테트라이소시아네이트실란(및 필요에 따라 캐리어 가스로서의 희가스)을 분사할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는, 유전체 커버 고정구(118)의 복수의 가스홀(201a)의 높이 위치를 높게(즉, 기판(S)과의 간격을 상대적으로 넓게), 튜브 노즐(151)의 가스 분사홀(159)의 높이 위치를 낮게(즉, 기판(S)과의 간격을 상대적으로 좁게) 하여, 2 개소의 가스 도입 부위에 고저차를 마련하고 있다. 따라서, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는, 우선 유전체 커버 고정구(118)의 가스홀(201a)로부터 도입되는 질소 가스를, 안테나(113)에 고주파 전력을 인가함으로써 형성되는 유도 전계에 의해 플라즈마화할 수 있다. 이어서, 생성한 질소 플라즈마를 기판(S)의 근방에서 튜브 노즐(151)의 가스 분사홀(159)로부터 도입되는 테트라이소시아네이트실란에 접촉시킴으로써, CVD 반응에 의해 기판(S) 상에 질화 규소막을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 밀봉막 제조 장치(100B)에서는 복수의 튜브 노즐(151)이 상이한 배치로 마련되어 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 튜브 노즐(151)은 내외 2 중으로 배치되어 있다. 도 9에서는 설명의 편의상, 내측의 8 개의 튜브 노즐을 부호(151A)로 나타내고, 외측의 12 개의 튜브 노즐을 부호(151B)로 나타내고 있다. 내측의 튜브 노즐(151A)은, 그 U 자 형상의 하단 부분이 안테나(113)에 걸치도록, 안테나(113)의 배선 방향과 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 내측의 튜브 노즐(151A)을 안테나(113)의 배선 방향과 직교하는 방향으로 배치함으로써, 전계가 강한 부분에 테트라이소시아네이트실란을 분사할 수 있기 때문에, 테트라이소시아네이트실란의 분해율을 더 높일 수 있다. 한편, 외측의 튜브 노즐(151B)은, 그 U 자 형상의 하단 부분이 안테나(113)의 배선 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 이와 같이, 안테나(113)의 배선 방향에 대하여, 튜브 노즐(151A)과 튜브 노즐(151B)의 배치의 방향을 바꿈으로써, 테트라이소시아네이트실란 가스의 분사 분포를 균일하게 하는 것이 가능해지고, 기판(S)의 면내에서의 밀봉막의 두께의 균일성을 높일 수 있다.
밀봉막 제조 장치(100B)는, 배치대(122)와 절연체 프레임(124)과 지주(支柱)(125)와 벨로우즈(126)와 게이트 밸브(127)를 구비하고 있다. 지주(125)는 본체 용기(102)의 하방에 설치된 도시하지 않은 승강 장치에 접속되고, 본체 용기(102)의 저부에 형성된 개구부를 통과하여 처리실(105) 내에 돌출되어 있다. 또한, 지주(125)는 중공부를 가지고 있다. 절연체 프레임(124)은 지주(125) 상에 설치되어 있다. 이 절연체 프레임(124)은 상부가 개구된 상자 형상을 이루고 있다. 절연체 프레임(124)의 저부에는 지주(125)의 중공부에 이어지는 개구부가 형성되어 있다. 벨로우즈(126)는 지주(125)를 포위하여, 절연체 프레임(124) 및 본체 용기(102)의 저부 내벽에 기밀하게 접속되어 있다. 이에 따라, 처리실(105)의 기밀성이 유지된다.
배치대(122)는 절연체 프레임(124) 내에 수용되어 있다. 배치대(122)의 상면은 기판(S)을 배치하기 위한 배치면이고, 유전체 커버(112)에 대향하고 있다. 배치대(122)의 재료로서는 예컨대, 알루미늄 등의 도전성 재료가 이용된다. 배치대(122)의 재료로서 알루미늄을 이용한 경우에는, 표면으로부터 오염물이 발생하지 않도록 배치대(122)의 표면에 알루마이트 처리가 실시된다. 또한 배치대(122)는 도시는 생략하지만, 기판(S)을 정해진 온도로 가열하기 위한 히터를 구비하고 있어도 된다.
본체 용기(102)의 외부에는, 정합기(128)와 고주파 전원(129)이 더 설치되어 있다. 배치대(122)는 절연체 프레임(124)의 개구부 및 지주(125)의 중공부에 삽입 통과된 통전봉을 개재하여 정합기(128)에 접속되고, 또한 이 정합기(128)를 개재하여 고주파 전원(129)에 접속되어 있다. 기판(S)에 대하여 밀봉막 형성 처리가 행해질 시에는, 배치대(122)에는 고주파 전원(129)으로부터 바이어스용의 고주파 전력(예컨대, 2 MHz의 고주파 전력)이 공급된다. 이 고주파 전력은 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하기 위하여 사용되는 것이다. 고주파 전력은, 예컨대 기판(S)의 면적당 파워 밀도로서 0.025 W/cm2 ~ 0.125 W/cm2의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 0.3 W/cm2 ~ 0.1 W/cm2의 범위 내가 더 바람직하다. 고주파 전력의 파워 밀도가 0.025 W/cm2 미만에서는, 질화 규소막의 스트레스를 완화하는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 0.125 W/cm2를 넘으면 반대로 스트레스가 증가하는 경우가 있다.
게이트 밸브(127)는 본체 용기(102)의 측벽에 마련되어 있다. 게이트 밸브(127)는 개폐 기능을 가지며, 닫힌 상태에서 처리실(105)의 기밀성을 유지하고, 또한 열린 상태에서 처리실(105)과 외부의 사이에서 기판(S)의 이송을 가능하게 한다.
본체 용기(102)의 외부에는, 배기 장치(130)가 더 설치된다. 배기 장치(130)는 본체 용기(102)의 저부에 접속된 배기관(131)을 개재하여 처리실(105)에 접속되어 있다. 기판(S)에 대하여 밀봉막 형성 처리가 행해질 시에는, 배기 장치(130)는 처리실(105) 내의 공기를 배기하여, 처리실(105) 내를 진공 분위기로 유지한다.
밀봉막 제조 장치(100B)의 각 구성부(예컨대, 고주파 전원(115), 가스 공급 장치(120), 고주파 전원(129), 배기 장치(130) 등)는, 제 1 실시 형태의 밀봉막 제조 장치(100A)와 동일하게 제어부(도시 생략)에 의해 제어된다.
이상의 구성을 가지는 밀봉막 제조 장치(100B)에서는, 가스 공급 장치(120)로부터 가스 공급관(121), 가스 도입로(121a, 121B), 유전체 커버 고정구(118)의 가스 도입로(201) 및 복수의 가스홀(201a)을 개재하여 처리실(105) 내에 질소 가스를 도입한다. 도입된 질소 가스는 안테나(113)에 인가된 고주파 전력에 의해 형성되는 유도 전계에 의해 플라즈마화하고, 고밀도의 질소 플라즈마를 생성시킨다.
또한, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는 가스 공급 장치(120)로부터 가스 공급관(155), 가스 분배관(153) 및 복수의 튜브 노즐(151)을 거쳐, 처리실(105) 내의 배치대(122)에 배치된 기판(S)의 근방 위치에 테트라이소시아네이트실란을 도입할 수 있다. 도입된 테트라이소시아네이트실란은 상기 안테나(113)에 인가된 고주파 전력에 의해 형성되는 유도 전계와 더불어, 고밀도의 질소 플라즈마와의 접촉에 의해 기판(S)의 직상(直上) 위치에서 분해되고 플라즈마화되어, 기판(S) 상에 질화 규소막을 형성할 수 있다.
밀봉막 제조 장치(100B)에서 기판(S) 상에 밀봉막을 형성하는 경우의 조건의 일례를 들면, 이하와 같다.
처리 온도는 기판(S)이 플라스틱인 경우의 내열 온도를 고려하고, 또한 소자에의 서멀 버짓의 저감을 도모하는 관점에서, 기판(S)의 온도로서 예컨대 80 ~ 150 ℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 80 ~ 100 ℃의 범위 내로 하는 것이 더 바람직하다. 처리 온도가 80 ℃ 미만에서는 질화 규소막의 성막 반응이 효율적으로 진행되지 않으며, 150 ℃를 초과하면 기판(S) 또는 기판(S) 상의 소자에 악영향을 줄 우려가 있다.
처리실(105) 내의 압력은 규소 화합물에 유래하는 C, O 등의 성막에 기여하지 않는 원자 또는 이들의 화합물(부생성물)이 질화 규소막 중에 혼입하는 것을 방지하기 위하여, 예컨대 6.7 Pa ~ 40 Pa(50 mTorr ~ 300 mTorr)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 8 ~ 26.7 Pa(60 mTorr ~ 200 mTorr)의 범위 내가 더 바람직하다. 처리실(105) 내의 압력이 6.7 Pa 미만에서는 포러스 형상의 막이 된다. 처리실(105) 내의 압력이 40 Pa를 초과하면, 불순물인 C, O 등의 원자 또는 부생성물의 혼입이 증가하여, 질화 규소막의 막질이 저하된다.
질소 가스의 유량은, 플라즈마 중에서 활성종을 효율적으로 생성시키는 관점에서, 예컨대 100 ~ 2000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 100 ~ 1000 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
또한, 플라즈마 생성용의 희가스(예컨대 Ar 가스)의 유량은 플라즈마를 안정되게 생성시키는 관점에서, 예컨대 100 ~ 2000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 300 ~ 1000 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
밀봉막 제조 장치(100B)에서는, 해리되기 어려운 질소 분자를 활성화시키기 위하여, 안테나(113)에 인가된 고주파 전력에 의해 형성되는 유도 전계에 의해 2 eV 이상의 전자 온도의 플라즈마를 생성시키는 것이 바람직하다. 한편, 기판(S)의 근방(예컨대, 튜브 노즐(151)과 기판(S)의 상면의 사이)에서의 플라즈마 밀도는 성막 속도를 올리기 위하여, 성막 활성종 수를 늘릴 필요가 있고, 예컨대 1012 cm-3 이상이고, 데미지 저감을 위하여 전자 온도를 1 eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
규소 화합물 가스의 유량은, CVD법에 의한 반응을 효율적으로 진행하는 관점에서, 예컨대 400 ~ 5000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 450 ~ 4500 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
퇴적 처리에서는 성막 효율을 높이고, 또한 화학량론비에 가까운 질화 규소막을 형성하기 위하여, 질소와 규소 화합물[예컨대 Si(NCO)4)의 몰비(N2 : Si(NCO)4]을 2 : 3 ~ 4 : 3의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
안테나(113)에 인가하는 고주파 전력은, 플라즈마 중에서 활성종을 효율적으로 생성시키고, 또한 저온에서 밀봉막의 생성을 가능하게 하는 관점에서, 예컨대 기판(S)의 면적당 파워 밀도로서 2.5 W/cm2 ~ 3.5 W/cm2의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 2.7 W/cm2 ~ 3.3 W/cm2의 범위 내가 더 바람직하다.
퇴적 처리의 동안은 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하기 위하여, 스테이지(3)에 고주파 전원(31)으로부터 고주파 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 고주파 전력은, 예컨대 기판(S)의 면적당 파워 밀도로서 0.025 W/cm2 ~ 0.125 W/cm2의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 0.3 W/cm2 ~ 0.1 W/cm2의 범위 내가 더 바람직하다. 고주파 전력의 파워 밀도가 0.025 W/cm2 미만에서는, 질화 규소막의 스트레스를 완화하는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 0.125 W/cm2를 초과하면 반대로 스트레스가 증가하는 경우가 있다.
처리 시간은 밀봉막으로서의 질화 규소막의 목표 막두께와 퇴적 레이트에 따라 설정할 수 있다.
이상과 같이, 밀봉막 제조 장치(100B)에서는 유도 결합 방식의 플라즈마를 생성시킴으로써, 성막 원료로서 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 규소 화합물과 질소 가스의 결합을 사용한 CVD법에 의한 성막이 가능해진다. 따라서, 유기 발광 소자 등의 소자 상에 치밀하고, 또한 하지의 유기막 또는 산화물 반도체막에 데미지를 주는 원인이 되는 수소 원자, 할로겐 원자 그 외의 불순물 등을 포함하지 않은 밀봉막을 형성할 수 있다.
본 실시 형태의 밀봉막 제조 장치(100B)에서의 다른 효과는, 제 1 실시 형태의 밀봉막 제조 장치(100A)와 동일하다.
이어서, 본 발명의 밀봉막의 형성 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 밀봉막 제조 장치(100A)(도 4 참조)를 예로 들어 설명하지만, 밀봉막 제조 장치(100B)(도 7)에 있어서도 동일하게 실시할 수 있다.
(제 1 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법)
본 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법은, CVD법에 의해 기판(S) 상에 형성된 유기 EL 소자 등의 소자를 덮는 밀봉막을 형성한다.　보다 구체적으로, 질소 가스를 여기시켜 생성시킨 질소 함유 플라즈마에 의해, 규소 화합물을 분해하고, 소자 상에 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시킨다.
먼저 소자가 형성된 기판(S)을 준비하고, 밀봉막 제조 장치(100A)의 게이트 밸브(G)를 개방하며, 도시하지 않은 외부의 반송 장치에 의해 기판(S)을 처리 용기(1) 내에 반입하여, 스테이지(3) 상에 배치한다. 이어서, 배기 장치(99)를 작동시켜 처리 용기(1) 내를 감압 배기하면서, 샤워 헤드(57)로부터 플라즈마 생성부인 공간(S1)에 플라즈마 생성용의 희가스(예컨대 Ar 가스)와 질소 가스를 도입한다. 또한, 샤워 플레이트(59)로부터 반응부인 공간(S2)에, 규소 화합물(예컨대, 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4])을 도입한다. 또한, 규소 화합물과 함께 필요에 따라 희가스(예컨대 Ar 가스)를 도입해도 된다.
또한, 마이크로파 발생부(35)에서 발생한 마이크로파를, 도파관(47) 및 동축 도파관(49)을 거쳐 정해진 모드로 평면 안테나(33)로 유도하고, 평면 안테나(33)의 마이크로파 방사홀(33a) 및 투과판(39)를 거쳐 처리 용기(1) 내에 도입한다. 이 마이크로파에 의해, 먼저 공간(S1)에서 희가스와 질소 가스가 플라즈마화하여 질소 함유 플라즈마가 생성된다. 이어서, 질소 함유 플라즈마는, 샤워 플레이트(59)의 다수의 관통 개구(67)를 통하여 공간(S2)으로 도입된다. 이 질소 함유 플라즈마에 의해, 규소 화합물이 분해되고, 기판(S) 상의 유기 EL 등의 소자 상에 밀봉막으로서의 질화 규소막이 퇴적한다.
처리 온도는 기판(S)이 플라스틱인 경우의 내열 온도를 고려하고, 또한 소자로의 서멀 버짓의 저감을 도모하는 관점에서, 기판(S)의 온도로서 예컨대 80 ~ 150 ℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 80 ~ 100 ℃의 범위 내로 하는 것이 더 바람직하다. 처리 온도가 80 ℃ 미만에서는 질화 규소막의 성막 반응이 효율적으로 진행될 수 없고, 150 ℃를 초과하면 기판(S) 또는 기판(S) 상의 소자에 악영향을 줄 우려가 있다.
처리 용기(1) 내의 압력은 규소 화합물에 유래하는 C, O 등의 성막에 기여하지 않는 원자 또는 이들의 화합물(부생성물)이 질화 규소막 중에 혼입하는 것을 방지하기 위하여, 예컨대 6.7 Pa ~ 40 Pa (50 mTorr ~ 300 mTorr)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 8 ~ 26.7 Pa (60 mTorr ~ 200 mTorr)의 범위 내가 더 바람직하다. 처리 용기(1) 내의 압력이 6.7 Pa 미만에서는 포러스 형상의 막이 된다. 처리 용기(1) 내의 압력이 40 Pa를 초과하면 불순물인 C, O 등의 원자 또는 부생성물의 혼입이 증가하여, 질화 규소막의 막질이 저하된다.
질소 가스의 유량은, 플라즈마 중에서 활성종을 효율적으로 생성시키는 관점에서, 예컨대 100 ~ 2000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 100 ~ 1000 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
또한, 플라즈마 생성용의 희가스(예컨대 Ar 가스)의 유량은 플라즈마를 안정되게 생성시키는 관점에서, 예컨대 100 ~ 2000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 300 ~ 1000 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
플라즈마 생성부에서는 해리되기 어려운 질소 분자를 활성화시키기 위하여, 2 eV 이상의 전자 온도의 플라즈마를 생성시키는 것이 바람직하다. 한편, 반응부에서의 플라즈마 밀도는 성막 속도를 올리기 위하여, 성막 활성종 수를 늘릴 필요가 있고, 예컨대 1012 cm-3 이상이고, 데미지 저감을 위하여 전자 온도를 1 eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
규소 화합물 가스의 유량은 CVD법에 의한 반응을 효율적으로 진행하는 관점에서, 예컨대 400 ~ 5000 mL/min (sccm)의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 450 ~ 4500 mL/min (sccm)의 범위 내가 더 바람직하다.
퇴적 처리에서는 성막 효율을 높이고, 또한 화학량론비에 가까운 질화 규소막을 형성하기 위하여, 질소와 규소 화합물[예컨대 Si(NCO)4)의 몰비(N2 : Si(NCO)4]을 2 : 3 ~ 4 : 3의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
마이크로파 파워는 플라즈마 중에서 활성종을 효율적으로 생성시키고, 또한 저온에서 밀봉막의 생성을 가능하게 하는 관점에서, 예컨대 평면 안테나(33)의 면적당 파워 밀도로서 2.5 W/cm2 ~ 3.5 W/cm2의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 2.7 W/cm2 ~ 3.3 W/cm2의 범위 내가 더 바람직하다.
퇴적 처리의 동안은 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하기 위하여, 스테이지(3)에 고주파 전원(31)으로부터 고주파 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 고주파 전력은, 예컨대 기판(S)의 면적당 파워 밀도로서 0.025 W/cm2 ~ 0.125 W/cm2의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 0.3 W/cm2 ~ 0.1 W/cm2의 범위 내가 더 바람직하다. 고주파 전력의 파워 밀도가 0.025 W/cm2 미만에서는 질화 규소막의 스트레스를 완화하는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 0.125 W/cm2를 초과하면 반대로 스트레스가 증가하는 경우가 있다.
처리 시간은 밀봉막으로서의 질화 규소막의 목표 막두께와 퇴적 레이트에 따라 설정할 수 있다.
정해진 시간의 성막 처리가 종료되면, 마이크로파 및 각 가스의 공급을 정지하고, 배기 장치(99)에 의해 처리 용기(1) 내의 압력을 조정한다. 그 후, 밀봉막 제조 장치(100A)의 게이트 밸브(G)를 개방하여, 도시하지 않은 외부의 반송 장치에 의해 기판(S)을 처리 용기(1)의 밖으로 반출함으로써, 1 매의 기판(S)에 대한 밀봉막의 형성 처리가 종료된다.
(제 2 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법)
이어서, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 10은 본 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 순서를 나타낸 순서도이다. 도 11은 본 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에서의 각 가스종, 마이크로파, 고주파 바이어스, 배기의 ON / OFF, 질소 함유 플라즈마(N2 플라즈마)의 생성 상태 및 CVD 반응의 상태를 나타낸 타이밍 차트이다. 본 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법에 있어서, 성막 원료로서 이용하는 규소 화합물(도 11에서는, 대표예로서 Si(NCO)4를 나타냈음) 중에는 수소 원자는 포함하지 않지만, 예컨대 탄소 원자(C), 산소 원자(O) 등을 포함한다. 처리 조건에 의하기도 하지만, 이들 원자는 부반응에 의해 불순물을 생성하여 질화 규소막 중에 도입되기 때문에, 본 실시 형태에서는, 성막의 도중에, 막 중에 혼입된 이들 불순물을 제거하는 공정을 마련하고 있다. 불순물의 제거는 플라즈마 생성부인 공간(S1)에서 생성한 N2 플라즈마를 이용하여 행한다.
본 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법은 질화 규소막을 퇴적시키는 제 1 단계(S11)와, Si(NCO)4의 공급을 정지한 상태에서, N2 플라즈마에 의해 질소 규소막 중의 불순물을 제거하는 제 2 단계(S12)를 포함한다.
제 1 단계(S11)는 모든 조건을 포함하여, 상기 제 1 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법과 동일하게 실시할 수 있다. 도 11의 타이밍 차트를 참조하면, 시간(t1)에서 시간(t2)까지 및 시간(t3)에서 시간(t4)까지가 제 1 단계(S11)이다. 또한 2 회째의 제 1 단계(S11)(시간(t3)에서 시간(t4)까지)는 필수가 아니며 생략해도 된다.
제 1 단계(S11)에서는, 우선 배기 장치(99)를 작동시켜 처리 용기(1) 내를 감압 배기한다. 이 상태에서 샤워 헤드(57)로부터 플라즈마 생성부인 공간(S1)에 플라즈마 생성용의 희가스(예컨대 Ar 가스)와 질소 가스를 도입(ON)한다. 또한, 샤워 플레이트(59)로부터 반응부인 공간(S2)에 Si(NCO)4를 도입(ON)한다. 또한, 샤워 플레이트(59)로부터는, 필요에 따라 Si(NCO)4와 함께 희가스(예컨대 Ar 가스)를 도입해도 된다. 또한, 제 1 단계(S11)에서는 마이크로파 발생부(35)에서 발생한 마이크로파를 처리 용기(1) 내에 도입(ON)한다. 이 마이크로파에 의해, 공간(S1)에서 고밀도의 N2 플라즈마를 생성시켜, 이 플라즈마를 샤워 플레이트(59)의 다수의 관통 개구(67)를 통하여 공간(S2)에 도입시킨다. 그리고, N2 플라즈마에 의해 Si(NCO)4를 원료로 하는 CVD 반응을 행하고, 기판(S) 상의 유기 EL 소자 등의 상에 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시킨다. 제 1 단계(S11)(성막 처리)의 동안은, 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하기 위하여, 스테이지(3)에 고주파 전원(31)으로부터 고주파 전력을 공급하는 것이 바람직하다.
제 2 단계(S12)는 제 1 단계(S11)의 상태에서 Si(NCO)4의 도입을 정지(OFF)한다. 도 11의 타이밍 차트를 참조하면, 시간(t2)에서 시간(t3)까지가 제 2 단계(S12)이다. Si(NCO)4의 도입을 정지한 것에 의해, 기판(S) 상에서의 CVD 반응에 의한 질화 규소막의 퇴적은 정지한다. 그러나, 제 2 단계(S12)에서는 공간(S1)으로의 질소 가스 및 희가스의 도입, 마이크로파의 도입, 고주파 바이어스 및 배기는 ON이며, 공간(S1)에서의 N2 플라즈마의 생성은 계속된다. 그 때문에, 공간(S1)에서 생성한 N2 플라즈마를 샤워 플레이트(59)의 다수의 관통 개구(67)을 통하여 공간(S2)에 도입하고, 제 1 단계(S11)에서 기판(S) 상에 퇴적한 질화 규소막을, N2 플라즈마에 의해 처리한다. 이 N2 플라즈마의 작용에 의해 질화 규소막의 질화가 더 진행되고, 막 중의 불순물이 이탈하여 제거된다. 또한, 제 2 단계(S12)에서는 질화 규소막으로부터 이탈한 불순물은 배기 장치(99)에 의해 신속하게 처리 용기(1) 내로부터 배기된다.
도 11의 타이밍 차트에서는 일부분 밖에 나타내고 있지 않지만, 제 1 단계(S11)에 의한 밀봉막으로서의 질화 규소막의 퇴적과 제 2 단계(S12)에 의한 불순물의 제거는 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 질화 규소막이 목표 막두께에 도달할 때까지의 성막 공정(제 1 단계(S11))을 복수회로 나누어, 그 도중에 Si(NCO)4의 공급을 정지(OFF)하는 기간으로서 제 2 단계(S12)를 펄스 형상으로 반복함으로써, 기판(S) 상의 소자를 덮도록, 불순물이 적고, 치밀한 질화 규소막을 퇴적할 수 있다.
제 1 단계(S11)와 제 2 단계(S12)를 복수회 반복하는 경우, 제 1 단계(S11)의 1 회의 처리 시간은, 예컨대 15 ~ 120 초의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 제 2 단계(S12)의 1 회의 처리 시간은, 예컨대 15 ~ 120 초의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 관점에서 제 1 단계(S11)와 제 2 단계(S12)를 복수회 반복하는 경우, 제 1 단계(S11)의 1 회의 성막 막두께는, 예컨대 5 ~ 15 nm의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 단계(S11)와 제 2 단계(S12)를 복수회 반복하는 경우, 제 1 단계(S11)의 처리 시간의 합계와 제 2 단계(S12)의 처리 시간의 합계의 비율(즉, Si(NCO)4의 ON 시간의 합계 : OFF 시간의 합계)은, N2 플라즈마에 의한 밀봉막 중의 불순물 제거를 충분히 행하기 위하여, 예컨대 1 : 1 ~ 1 : 5의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 단계(S11)와 제 2 단계(S12)를 복수회 반복하는 경우, 제 1 단계(S11) 및 제 2 단계(S12)의 길이(시간)를 변화시켜도 된다.
(변형예)
이어서, 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 밀봉막의 형성 방법의 변형예에 대하여 설명한다. 도 12는 본 변형예의 밀봉막의 형성 방법에서의 각 가스종, 마이크로파, 고주파 바이어스, 배기의 ON / OFF, 질소 함유 플라즈마(N2 플라즈마)의 생성 상태 및 CVD 반응 상태를 나타낸 타이밍 차트이다.
본 변형예의 밀봉막의 형성 방법은 질화 규소막을 퇴적시키는 제 1 단계(S11)와, Si(NCO)4의 공급을 정지한 상태에서 N2 플라즈마에 의해 질소 규소막 중의 불순물을 제거하는 제 2 단계(S12)를 포함한다(도 10을 참조). 그리고, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 변형예에서는 제 1 단계(S11)(성막 처리)의 일부분 또는 전부의 기간에서, 고주파 전원(31)으로부터 스테이지(3)로의 고주파 전력을 정지(OFF)로 하는 한편, 제 2 단계(S12)(불순물 제거 처리)의 동안은, 밀봉막으로서의 질화 규소막의 스트레스를 완화하기 위하여, 스테이지(3)에 고주파 전원(31)으로부터 고주파 전력을 공급한다. 이와 같이, CVD 반응이 정지한 제 2 단계(S12)의 동안을 중심으로 고주파 바이어스를 공급함으로써, 제 1 단계(S11)에서 형성된 질화 규소막의 개질(불순물 제거)을 촉진시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 상기 변형예도 포함하여, 제 1 단계(S11)(성막 처리)의 모든 기간에서, 고주파 전원(31)으로부터의 고주파 전력을 공급(ON) 또는 정지(OFF)로 하지 않아도 된다. 예컨대, 도 11 및 도 12에 점선으로 나타낸 바와 같이, 제 1 단계(S11)에서의 고주파 전력의 공급(ON)의 개시의 타이밍을 늦추어, 제 1 단계(S11)의 도중부터 고주파 전력의 공급(ON)을 개시하도록 해도 된다. 이와 같이, 제 1 단계(S11)에서의 고주파 전력의 공급(ON)의 개시의 타이밍을 늦춤으로써, 형성되는 질화 규소막의 데미지를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 제 1 단계(S11)의 동안에 제 2 단계(S12)를 개재시킴으로써, 질화 규소막의 스트레스를 완화하는 효과를 얻을 수 있기 때문에, 제 1 단계(S11) 및 제 2 단계(S12)의 모든 기간에 있어서, 고주파 전력의 공급을 행하지 않는 것도 가능하다.
본 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법에서의 다른 구성 및 효과는 제 1 실시 형태의 밀봉막의 형성 방법과 동일하다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 밀봉막의 형성 방법 및 밀봉막 제조 장치(100, 100A, 100B)에 의하면, 높은 플라즈마 밀도를 가지는 플라즈마를 이용함으로써, 성막 원료로서 수소 원자 또는 할로겐 원자를 포함하지 않은 규소 화합물과 질소 가스의 결합을 사용하는 것이 가능해진다. 따라서, 유기 발광 소자 등의 소자 상에, 치밀하고, 또한 하지의 유기막 또는 산화물 반도체막에 데미지를 주는 원인이 되는 수소 원자, 할로겐 원자 그 외의 불순물 등을 포함하지 않은 밀봉막을 저온에서 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 밀봉막의 형성 방법 및 밀봉막 제조 장치(100, 100A, 100B)는, 유기 발광 소자 등을 구비한 각종의 디바이스의 제조에 이용 가치가 높은 것이다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 예시의 목적으로 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 제약되지 않으며, 다양한 개변이 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에 있어서는 질소 함유 플라즈마의 생성을, 평면 안테나를 이용하는 마이크로파 플라즈마 생성 장치로 행한 예를 나타냈지만, 다른 마이크로파 플라즈마 생성 방식을 이용해도 되고, 마이크로파 플라즈마 생성 장치에 한정되지 않고, 예컨대, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 발생 장치를 이용해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 1 개의 처리 용기(1) 내에 플라즈마 생성부와 반응부를 마련했지만, 플라즈마 생성부를 처리 용기의 외부에 마련하여, 생성한 질소 함유 플라즈마를 처리 용기 내에 도입하는 구성으로 해도 된다.
1 : 처리 용기
3 : 스테이지
5 : 플라즈마원
5A : 마이크로파 도입부
7 : 가스 공급부
7A : 제 1 가스 공급부
7B : 제 2 가스 공급부
11 : 배기부
13 : 제어부
15 : 개구부
17 : 배기실
19 : 반입반출구
23 : 지지 부재
27 : 히터
29 : 히터 전원
31 : 고주파 전원
33 : 평면 안테나
33a : 마이크로파 방사홀
35 : 마이크로파 발생부
39 : 투과판
41 : 프레임 형상 부재
43 : 지파판
45 : 커버 부재
47 : 도파관
49 : 동축 도파관
57 : 샤워 헤드
57a : 가스 방출홀
57b : 가스 유로
59 : 샤워 플레이트
63 : 가스 유로
69 : 가스 공급로
71 : 가스 공급 배관
71a, 71b : 분기관
73 : 희가스 공급원
75 : 질소 가스 공급원
79 : 가스 공급 배관
81 : 규소 화합물 공급원
83 : 희가스 공급원
99 : 배기 장치
100, 100A : 밀봉막 제조 장치
G : 게이트 밸브
S : 기판
S1 : 공간(플라즈마 생성부)
S2 : 공간(반응부)

Claims (8)

  1. CVD법에 의해 피처리체 상에 형성된 소자를 덮는 밀봉막을 형성하는 밀봉막의 형성 방법으로서,
    플라즈마 생성 공간에 질소 가스를 공급시키고, 상기 플라즈마 생성 공간과 구분되어 있는 반응 공간에 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 공급시키고, 상기 플라즈마 생성 공간에 마이크로파를 발생시켜 상기 공급된 질소 가스로부터 질소 함유 플라즈마를 생성시키고, 상기 생성된 질소 함유 플라즈마를 상기 플라즈마 생성 공간으로부터 상기 반응 공간으로 도입시키고, 상기 질소 가스를 여기시켜 생성시킨 질소 함유 플라즈마에 의해, 상기 반응 공간에서 상기 분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물을 분해하고, 상기 소자 상에 상기 밀봉막으로서의 질화 규소막을 퇴적시키는 제 1 단계와,
    상기 제 1 단계에서 상기 규소 화합물이 반응하여 불순물이 생성되고, 상기 규소 화합물의 공급을 정지한 상태에서, 상기 질소 함유 플라즈마에 의해 상기 질화 규소막의 퇴적 중에 상기 질화 규소막으로 혼입된 불순물을 제거하는 제 2 단계를 포함하고,
    상기 밀봉막의 성막 원료는 분자 내에 수소 원자 및 할로겐 원자를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 밀봉막의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    분자 내에 수소 원자를 함유하지 않은 규소 화합물이, 테트라이소시아네이트실란[Si(NCO)4]인 밀봉막의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    처리 온도가 80 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 범위 내인 밀봉막의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    처리 압력이 6.7 Pa 이상 40 Pa 이하의 범위 내인 밀봉막의 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처리체에 0.025 W/cm2 이상 0.125 W/cm2 이하의 범위 내에서 바이어스 전력을 공급하면서 상기 질화 규소막을 퇴적시키는 밀봉막의 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 제 2 단계의 동안, 상기 피처리체에 0.025 W/cm2 이상 0.125 W/cm2 이하의 범위 내에서 바이어스 전력을 공급하는 밀봉막의 형성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 함유 플라즈마가 복수의 마이크로파 방사홀을 가지는 평면 안테나에 의해 도입되는 마이크로파에 의해 여기된 것인 밀봉막의 형성 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 함유 플라즈마가 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가함으로써 형성되는 유도 전계에 의해 여기된 것인 밀봉막의 형성 방법.
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