KR20160141642A - 히트 빔 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스체의 변형이나 변질을 일으키지 않는 저온, 특히 100℃ 이하에서도 반응할 수 있는 분자종을 생성시켜 성막을 하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 히트 빔 성막 장치는, 원료 가스를 고온으로 순간 가열하여 촉매 기능을 가지는 금속벽에 충돌시키는 히트 빔 가열 장치에서, 비평형 반응에 의해 활성화 분자종을 효율적으로 생성시켜 베이스체에 분사 접촉시켜 성막한다.

Description

히트 빔 성막 장치{Heat beam film-forming apparatus}
본 발명은, 베이스체의 온도보다 고온으로 순간 가열하는 부품을 통해, 원료 가스를 변화시켜 생성한 가스를 베이스체 표면에 도출하여 성막을 행하는 히트 빔 성막 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스 분자의 화학 결합 에너지는 3eV 이상인 것이 많아 가스를 고온 가열한 것만으로는 가스 분자는 분해되지 않는다. 그러나, 고온으로 가열한 가스를 촉매 효과가 있는 원소를 포함한 금속에 수직으로 충돌시키면, 가스 분자는 반응하기 쉬워진다. 촉매 상에 화학 반응 가능한 가스종(種)을 가열하여 충돌시키면, 반응하여 원래 가스와는 다른 분자종 또는 형태의 가스를 생성할 수 있다(이후, 이를 촉매 충돌 반응이라고 부르기로 함). 예를 들어, 루테늄 촉매를 넣은 용기 내에서 메탄과 수증기를 순간적으로 가열한 가스를 루테늄 촉매 상에 충돌시키면 반응이 진행되어 수소(H2)와 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO)가 생성된다. 이 반응이 촉매 충돌 반응의 일례이다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이 때, 물은 가열되어 증기가 되는데, 온도가 단순히 높아질 뿐만 아니라 분자가 중합된 다량체(물의 클러스터)에서 단량체로 그 구조도 변화한다고 생각된다. 생성된 단량체 가스는 화학적인 성질이 변화하여 통상의 물과는 다른 활성인 화학적 성질을 가진다고 추측된다.
이 촉매 충돌 반응을 산업적으로 이용하기 위해서는, 가스를 순간적으로 가열하는 장치와 가스를 촉매에 충돌시키는 저가이고 소형인 가열 장치가 필요하다.
그 요구를 만족시키는 가스 가열 장치가 특허문헌 2, 3, 4, 5, 6에 기재되어 있는 가스 가열 장치이다. 이후, 이들 특허문헌에 나타난 가스 가열 장치를 여기서는 히트 빔 가열 장치라고 한다. 이 원리는, 가스를 고속으로 고온의 벽에 충돌시켜 벽과 가스의 열교환을 효율적으로 행하게 하는 것이다.
이 원리의 설명을 명료하게 하기 위해, 특허문헌 6에 게재된 히트 빔 가열 장치의 열교환기의 주요 구조도를 인용하여 도 4에 나타내었다. 이 특허 발명에 의하면, 열교환 베이스체 재료의 표면에 형성된 좁은 가스 유로에서 가스를 고속화하고, 이를 유로 벽에 수직 충돌시킨다. 이 유로 벽은 전기적으로 가열되어 있기 때문에, 이 충돌에 의해 열교환이 이루어진다. 또한, 특허문헌 6에 나타나는 히트 빔 가열 장치는 상기의 구조가 다단으로 구성되어 있기 때문에, 효율적으로 가스를 순간적으로 가열할 수 있다.
특허문헌 6은, 또한 복수 가스를 상기 히트 빔 가열 장치로 가열하고, 그 가열 온도보다 낮은 온도로 유지된 유리나 플라스틱 베이스체 상에, 이전에는 베이스체를 고온으로 하지 않으면 성장할 수 없다고 되어 있던 재료를 성장시키는 성막 장치의 발명을 개시하고 있다.
특허문헌 6의 발명은, 또한 히트 빔 가열 장치에서 만들어낸 캐리어 가스와 퇴적성이 있는 원료 가스를 저온으로 유지한 채로 베이스체 표면에 도출하여 분사하여 성막하는 발명을 개시하고 있다.
특허문헌 6의 발명은, 또한 복수의 이러한 장치를 베이스체 표면에 배열하여 다른 가스종이 분사되는 성막 장치의 발명을 개시하고 있다.
특허문헌 1: 일본특허출원 2014-211750호 공보 특허문헌 2: 일본특허출원 2012-107128호 공보 특허문헌 3: 일본특허출원 2012-203119호 공보 특허문헌 4: 일본특허출원 2013-237211호 공보 특허문헌 5: 일본특허출원 2013-197594호 공보 특허문헌 6: 일본특허 제5105620호 특허문헌 7: 일본공개특허 2014-53477호 공보 특허문헌 8: 일본특허출원 2015-00671호 공보
그러나, 특허문헌 6의 발명에는 베이스체와 카본제의 고온 열교환 부품의 거리가 가깝기 때문에 복사열이 플라스틱이나 유리를 변형시킨다는 과제가 있다. 그 때문에, 플라스틱의 베이스체를 취급하려면, 더 낮은 온도로 원료 가스로부터 화학적으로 활성인 반응 가스를 만들어 이를 베이스체로 도출할 필요가 있었다.
그래서, 본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 촉매 기능을 기대할 수 있는 금속으로 상기 히트 빔 가열 장치를 제작하고, 그 금속 표면에 화학적으로 활성인 분자종으로 변화할 수 있는 원료 가스를 충돌 입사시켜 발생시킨 원하는 가스를 성막 장치에 적용하여, 히트 빔 가열 장치의 가열 온도보다 낮은 온도로 유지된 베이스체 표면에 고온 환경에서만 성막할 수 있다고 되어 있던 재료 박막을 성막하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 사항을 제안하고 있다.
(1) 본 발명은, 촉매 기능이 있는 원소를 포함한 금속 재료에 고온 가열한 원료 가스가 반복하여 고속 충돌하는 유로 구조를 가진 원료 가스의 순간 가열 기구와, 상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도보다 낮은 온도로 지지된 베이스체를 구비하고, 상기 원료 가스의 순간 가열 기구를 통해 발생시킨 생성 가스를 상기 베이스체에 분사 접촉시켜 성막하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(2) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 유로 표면이 루테늄이나 니켈, 백금, 철, 크롬, 알루미늄, 탄탈 원소 중 하나 이상을 포함한 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(3) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 원료 가스의 순간 가열 기구가 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(4) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 원료 가스가 물, 또는 메탄을 포함한 탄화 수소, 또는 알루미늄이나 하프늄·갈륨·아연·티타늄·실리콘·마그네슘·인듐 중 어느 하나의 금속 원소를 포함한 유기 금속 가스, 또는 질소나 아르곤을 포함한 비활성 가스, 또는 수소나 암모니아 등의 환원 가스, 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(5) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 가열 온도가 100℃ 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(6) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 베이스체가 유리, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱, 카본인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(7) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 베이스체가 이동하는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
(8) 본 발명은, (1)의 히트 빔 성막 장치에 대해, 상기 베이스체가 유기 EL 디바이스 또는 액정 디바이스 또는 태양 전지 또는 포토레지스트 패턴이 형성된 베이스체인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치를 제안하고 있다.
청구항 1, 청구항 2에 관한 발명에 의하면, 고온으로 가열한 원료 가스가 변화하여 화학적으로 활성인 분자종이 발생하고, 그 빔이 베이스체 표면에 분사되어 접촉함으로써, 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도보다 낮은 온도로 유지된 베이스체의 표면에 박막을 성장시키는 것이 가능해진다.
또한, 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도는 임의로 설정할 수 있기 때문에, 베이스체의 온도에 의존하지 않고 박막의 성장이 가능해진다. 또한, 원료 가스의 종류와 그 유로의 촉매 금속 원소를 선택함으로써, 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도를 원하는 생성 분자종에 따라 설계할 수 있다. 예를 들어, 원하는 분자종이 분해종이 아니면 높지 않은 온도로 설계할 수 있다. 구체적으로 물은 100℃를 넘으면 클러스터 상태가 아니고 단량체의 분자종으로 변화하고 있다고 생각되기 때문에, 활성인 산화 분자종을 성막 반응에 관여시키는 것이 가능해진다.
청구항 3, 청구항 4에 관한 발명에 의하면, 복수의 활성인 생성 분자종을 조합하여 성막 반응에 기여시키는 것이 가능하다. 화합물의 성막이라면, 예를 들어 금속 원소를 포함한 원료의 생성 분자종과 산화제 원소를 포함한 생성 분자종을 베이스체 표면에 분사하면, 반응이 용이해지고 성막을 보다 저온에서 실현할 수 있다.
예를 들어, 실리콘 원소나 알루미늄, 지르코늄, 마그네슘 등의 원소를 포함한 원료는 산화되었을 때의 생성 에너지가 커서 산소 원소를 포함한 물의 원료와 심하게 반응하는 것이 알려져 있다. 산화와 환원에 관한 원료 가스로는 전형적으로 물, 또는 탄화 수소, 또는 알루미늄이나 하프늄, 갈륨, 아연, 티타늄, 실리콘, 마그네슘, 인듐 중 어느 하나의 금속 원소를 포함한 유기 금속 가스, 또는 수소나 암모니아 등의 환원 가스, 또는 이들의 혼합 가스가 있다. 이들 원료 가스의 조합은 자유롭게 설계할 수 있다. 원료 가스로부터 생성된 활성종을 베이스체 표면 분위기에서 희석하고자 할 때는, 질소나 아르곤 등의 비활성 가스의 가열 생성 가스를 3번째 분사 가스에 이용할 수도 있다. 또한, 원료 가스를 고온 가열한 비활성 가스의 캐리어 가스로 수송하여 분사할 수도 있다.
청구항 5에 관한 발명에 의하면, 가열 온도를 100℃ 내지 900℃ 사이에서 선택하는 것이 가능하다. 물은 100℃에서 기화하므로, 산화제로서의 물은 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도가 100℃ 이상에서 단량체가 된다고 생각된다. 한편, 니켈이나 철의 촉매 원소를 포함한 금속 재료의 스테인리스는 500℃ 이상에서는 할로겐 화합물의 가스나 물의 산화제로 산화되고, 또는 수소나 암모니아 등의 가스에 의한 환원 반응에서 취약해진다. 이 때문에, 촉매 기능을 기대하는 금속 재료에 대한 원료 가스의 순간 가열 기구에서는 비교적 저온의 가열로 제한된다. 그러나, 석영이나 실리콘 카바이드, 알루미나의 세라믹스 재료를 원료 가스의 순간 가열 기구의 제작에 이용함으로써, 900℃ 정도의 온도까지 가열할 수 있는 히트 빔 가열 장치를 제작하는 것이 가능하다.
청구항 6에 관한 발명에 의하면, 유리나 실리콘 웨이퍼, 플라스틱, 카본에서 베이스체를 선택할 수 있다. 즉, 베이스체가 견딜 수 있는 온도로 베이스체를 유지하여 성막 가능하므로 베이스체를 자유롭게 선택할 수 있다. 예컨대, 유리의 경우는 600℃ 이하로 유지할 수 있다. 플라스틱의 경우는 예를 들어 폴리카보네이트를 예로 들면 200℃, PET를 예로 들면 80℃ 이하로 유지할 수 있다. 또한, 실리콘이나 카본은 내열 재료인데, 휨 문제나 오염 문제가 성막 장치의 비용을 높일 염려가 있기 때문에, 실제로는 실온 부근의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
청구항 7에 관한 발명에 의하면, 베이스체가 생성 가스의 분사에 대해 상대적으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 원료 가스 A의 생성 가스를 분사하는 장소가 a, 원료 가스 B의 생성 가스를 분사하는 장소가 b라고 하면, ab 세트가 ab, ab, …ab로 n단 나열되고, 그 분출 장소를 베이스체가 이동하면, 베이스체 표면에는 원료 가스 A와 원료 가스 B의 생성 가스의 화합물 AB가 연속적으로 성막된다. 또, 베이스체가 연속된 필름형상이면, 이 필름 상에 화합물 AB를 연속적으로 성막하는 것이 가능해진다.
청구항 8에 관한 발명에 의하면, 유기 EL 디바이스 또는 액정 디바이스 또는 태양 전지 또는 포토레지스트 패턴이 형성된 베이스체 상에 성막할 수 있다. 즉, 유기 EL을 대표로 하는 표시 디바이스는 산화나 흡습에 의해 열화된다. 이것이 수명을 보장한 실용화의 방해가 되고 있다. 그 때문에, 대면적 기판을 저온으로 유지한 채로 내습성이 있는 재료의 박막을 디바이스가 형성된 베이스체의 표면에 성막할 수 없는 과제가 있었다. 그 때문에, 현재는 실리콘 산화막의 진공 스퍼터링이 유일한 방법이지만, 제조 원가가 높아 그것이 대형 유기 EL 디스플레이의 실용화를 저해하고 있다. 또한, 태양 전지도 장기 신뢰성 확보는 제조 원가를 증가시킨다. 그러나, 청구항 8에 관한 발명에 의하면 이것이 가능해진다.
또한, 포토레지스트 패턴 상에 건식 에칭 내성이 있는 마스크 재료의 실리콘 산화막 등을 성장시키는 것이 행해지고 있는데, 이는 플라즈마 CVD라는 방법을 이용하기 때문에 고가의 공정이 된다. 그러나, 본 발명에서는 플라즈마를 이용하지 않는 성막 방법이기 때문에, 이 저가의 공정이 실현될 수 있다.
도 1은 히트 빔 성막 장치의 기본 구조의 모식도이다.
도 2는 다단으로 히트 빔 성막 장치가 배열된 성막 장치의 모식도이다.
도 3은 연속 필름을 베이스체로 한 히트 빔 성막 장치의 모식도이다.
도 4는 특허문헌 6 중의 도 5의 인용도. 열교환 기구의 원리를 나타내는 주요부의 모식도이다.
<실시형태>
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 또, 본 발명의 성막 장치는 베이스체를 실온 내지 100℃ 정도의 저온으로 지지하였을 때에도 성막을 가능하게 하는 장치이다.
이러한 발명의 히트 빔 성막 장치의 기본 구조의 모식도를 도 1에 나타낸다. 질소의 캐리어 가스(201)가 촉매 기능을 가지는 니켈과 철, 크롬을 주성분으로 하는 스테인리스강을 유로 재료로 한 히트 빔 가열 장치 1(203)에서 가열된다. 가열된 생성 가스가 생성 가스 수송관(204)을 통해 가이드(210)에 도달한다.
마찬가지로 원료 가스(205)가 히트 빔 가열 장치 2(207)에서 가열되고, 가열된 생성 가스가 수송관(208)을 통해 가이드(210)로 도출된다. 가이드(210)를 나온 생성 가스(209)는 성막실(211)에 설치된 히트 빔 가열 장치의 온도보다 낮은 온도로 유지된 베이스체(212)에 접촉하여 배기구(213)로부터 배기된다. 베이스체(212)에는 생성 가스에 의존한 막이 성막된다. 원료 가스는 복수 종류의 가스를 시간 프로그램에 따라 도입하는 등 자유롭게 프로그래밍할 수 있다. 히트 빔 가열 장치의 온도도 자유롭게 프로그램 설계할 수 있다.
도 2를 이용하여 히트 빔 성막 장치의 구조에 대해 설명한다.
본 실시형태에 관한 히트 빔 성막 장치는 다단으로 히트 빔 성막 장치가 배열된 성막 장치이다.
원료 가스 A, B, C(301, 302, 303)를 히트 빔 가열 장치(304, 305, 306)가 가열하여 생성 가스 a, b, c(307, 308, 309)를 생성한다. 생성 가스 a, b, c 세트는 복수의 생성 가스 세트 S로 분배되어 배치된다. 도 2의 경우, 5개의 세트 S가 배치되어 있다. 이 수는 베이스체의 크기에 의존하여 자유롭게 설계할 수 있다. 생성 가스(311)는 가이드(310)를 통해 성막실(312)에 지지해 둔 베이스체(313)에 분사되고 배기구(314)로부터 배기된다. 원료 가스 A, B, C와 가열 온도, 유량은 자유롭게 설계할 수 있고, 시간 프로그래밍에 따라 도입할 수 있다. 또한, 베이스체의 형태나 수에 맞추어 가이드(310)의 형태와 세트 S의 배치에 대해서도 자유롭게 설계할 수 있다. 가이드의 형태는 슬릿 형상 또는 파이프 형상 또는 링 형상이어도 된다. 또한, 세트의 배치도 인라인 형상 또는 링 형상 또는 이산적(離散的)이어도 된다.
본 실시형태에 관한 히트 빔 성막 장치는, 성막의 종류에 따라 가스의 선택은 자유롭게 설계할 수 있다. 가열하는 것만으로 변화하는 가스는 그 온도에 맞추어 가열 온도를 설계하면 된다. 다량체를 형성하는 액체 원료는 가열 온도에 따라 단량체로 변화하는 것이 있다. 산화, 환원 가스를 캐리어 가스에 혼합한 가스를 이용하면 화학 반응하기 쉬운 경우도 있다.
도 3에 연속 필름을 베이스체로 한 히트 빔 성막 장치의 모식도를 나타내었다. 도 3에 의하면, 필름 공급 드럼(402)으로부터 필름(401)이 공급된다. 필름 지지대(404) 위를 필름(401)이 통과하여 필름 권취 드럼(403)에서 회수된다. 필름(401) 위에는 생성 가스 abc의 세트 S가 다단으로 공급되어 접촉하여 막이 형성된다. 세트 S의 수는 원하는 막두께에 따라 자유롭게 설계할 수 있다.
<실시예 1>
처음에, 이용한 히트 빔 실린더의 능력을 확인하는 실시예를 나타낸다.
130℃ 이상으로 예비 가열한 스팀과 원료 메탄 가스를 히트 빔 실린더 내에 도입하여 가열한다. 이 때의 히트 빔 실린더 내의 가스 온도는 540℃로 설정되어 있다. 본 히트 빔 실린더는 최대 1500W까지 전력 투입 가능하고 최고 1000℃까지 승온 가능하다. 실린더 출구의 3/8인치 파이프 중에 루테늄을 담지시킨 알루미나의 주상 입자를 넣고 아르곤 가스를 캐리어 가스로서 이용하였다.
생성된 가스의 온도를 냉각하기 위해, 생성 가스 출구에는 냉각 기구와 물의 회수 기구를 접속하였다. 냉각된 생성 가스의 성분 분석을 한 바, 약 30%의 메탄이 변화하여 수소를 발생시킨 것을 확인하였다. 다른 성분은 이산화탄소, 일산화탄소이고, 생성 가스 전체량에서 아르곤을 제외한 가스 중에서 일산화탄소 농도는 0.1% 이하이었다. 본 실시예로부터 히트 빔 실린더에 넣은 물의 가열 생성 가스가 활성이며, 원료 가스인 메탄과 효율적으로 반응하여 수소를 생성하였다고 생각된다. 이상은 히트 빔 실린더의 가스 생성의 기본 성능을 확인하는 실험이었다. 또, 히트 빔 실린더에 대해서는 인터넷 <URL:http://www.philtech.co.jp/>를 참조.
실시예 1에서는, 루테늄 촉매를 이용하여 반응 촉진을 행하였지만, 다른 금속인 니켈이나 백금, 철, 크롬, 알루미늄 등도 차이는 있지만 일정한 촉매 효과를 기대할 수 있다. 스테인리스는 니켈 등을 포함한 금속이므로, 스테인리스강으로 제작한 시판의 히트 빔 실린더는 가열뿐만 아니라 촉매 효과도 기대할 수 있기 때문에, 이하의 실시예에서는 특별한 촉매를 넣지 않고 그것을 이용하였다. 또, 본 실시예에 의하면, 물을 예비 가열하여 클러스터 상태로부터 단량체로 변화시킴으로써 반응성을 매우 향상시킬 수 있다.
<실시예 2>
도 1의 기본 모식도에 도시된 구성으로 성막하였다. 실리콘을 원소에 포함한 원료 가스로서 오르토규산 테트라에틸(Si(OC2H5)4: 약식 명칭 TEOS)을 이용하였다. 산화제의 원료 가스로서 클러스터 상태의 물을 선택하였다. 이들은 액체 원료이며, 아르곤 가스로 버블링하여 기화시켜 이용한다. 액체이기 때문에, 수송로의 도중에 액화가 일어나는 것을 막기 위해 150℃로 상기 히트 빔 실린더에서 예비 가열한 질소의 캐리어 가스로 수송하고 이를 원료 가스로 하였다. 이들 가스를 감압 반응실에 장착한 재가열용 상기 히트 빔 실린더에서 300℃로 가열하고, 그 감압 반응실 중에 놓인 실온의 실리콘 웨이퍼 기판 상으로 도출하여 교대로 회합시켰다.
상기 히트 빔 실린더의 원료 가스의 순간 가열 기구부는 SUS로 제작하였기 때문에, 촉매 효과를 기대할 수 있는 니켈과 철, 크롬을 포함하고 있고, 이 온도로 가열된 원료 가스 TEOS의 일부는 변화하여 여기 상태에 있다고 생각된다. 원료의 물은 100℃ 이상에서 기화한다. 100℃ 내지 500℃에서는 그 상태는 클러스터 형상이 아니라 단량체의 분자가 되어 있다고 추정할 수 있다.
본 실시예에서는, 원료 가스를 300℃로 가열하였지만, 상기 히트 빔 실린더로부터 베이스체인 웨이퍼까지의 거리는 SUS 배관, 가이드의 길이 및 가이드와 베이스체에의 거리를 생각하면 충분히 길기 때문에, 웨이퍼 상에서는 생성 가스가 방열되어 실온에 가까운 상태가 된다. 또한, 웨이퍼 상에 성막한 막을 분석한 바 산화막이 성장한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 실시예에서는 베이스체를 가열하지 않고 실온에서 실리콘 산화막을 성장할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 실시예와 동일한 원료인 TEOS와 물을 웨이퍼 상에서 시간 간격을 설정하여 교대로 회합시켜 실리콘 산화막을 웨이퍼 상에 성장시킨 논문이 이미 있다(M.Hatanaka, Y.Furumura 등 「Plasma-CVD realizing dielectrics having a smooth surface」 VMIC proceedings(1991)). 이 예에서는 베이스체 웨이퍼의 온도로서 200~300℃의 온도가 필요하였지만, 본 실시예에서는 실온에서 이를 실현하였다.
성막을 위해 가열 생성시키는 가스의 조합은 그 밖에도 생각할 수 있다. 물과의 조합에서는, TEOS 이외에 성막을 기대할 수 있는 퇴적성 원료 가스로서 금속(예를 들어, 실리콘이나 티타늄, 갈륨, 아연, 인듐, 알루미늄, 하프늄)의 유기 화합물(유기 금속)과 할로겐화물이 그 후보가 된다. 온도 영역이 높아지지만, 응용으로서, 갈륨은 유기 화합물 외에 염화물의 가스를 이용할 수 있다. 염화 갈륨과 가열한 암모니아를 회합시켜 GaN의 결정 성장을 시키는 것이 가능하다. 캐리어 가스로서는 비활성 가스의 질소 외에 아르곤이 있다. 유기 금속 가스와 반응할 수 있는 원료 가스로서는 물 외에 환원성이 있는 암모니아나 수소가 있다.
<실시예 3>
본 발명은, 베이스체의 기판 웨이퍼를 저온으로 유지하고, 그 표면에 고온의 원료 가스를 수송하여 접촉시켜 결정막을 성장시키는 응용에 적합하다. 응용예로서, 특허문헌 7 및 특허문헌 8에서는 갈륨의 고체와 염소를 반응시켜 갈륨의 염화물을 생성하고, 이를 고온에서 수송하여 기판 상에서 암모니아와 반응시켜 갈륨의 나이트라이드 GaN막을 성장시키는 기술이 개시되어 있다. 이들은 갈륨 원소를 포함한 가스인 염화 갈륨의 고온 가스를 고체의 갈륨으로 생성하고 있는 점에 특징이 있다.
본 실시예에서는, 유기 금속 가스(TMS: 트리메틸갈륨)를 버블링하여 기화시키고, 이를 950℃가 되도록 히트 빔 실린더에서 예비 가열한 캐리어 가스로 가열하여 고온의 원료 가스를 생성하여 수송하였다. 기화시킨 TMS와는 별도로 암모니아도 원료 가스로 하여 고온의 캐리어 가스인 수소로 가열하여 가이드까지 수송하였다. 가이드 아래에는 2도 오프의 C면 사파이어 기판을 베이스체로서 놓고 500℃로 가열하였다. TMG와 암모니아는 동시가 아니라 교대로 공급하여 베이스체 표면에 접촉시켰다. 그 결과, 기판의 가열 온도가 500℃에서도 막이 성장하였다. 이를 분석한 바, X선 회절에서 막이 결정이며, 격자 상수의 값으로부터 갈륨 나이트라이드 GaN의 결정막인 것을 확인하였다. 따라서, 본 실시예를 응용하면, 높은 온도로 베이스체를 가열하지 않아도 GaN 결정막을 성장시킬 수 있다.
또한, 베이스체를 가열하지 않은 채로, 예를 들어 금속 산화막의 성막이 가능해지면, 그 기술은 유기 EL의 기판의 보호막이나 액정 디바이스의 보호막, 태양 전지의 보호막에 응용할 수 있다. 또한, 내열성이 없는 포토레지스트 패턴이 부착된 실리콘 웨이퍼 기판을 베이스체로 하여 에칭 마스크막의 성막이 가능하다. 또한, 경도가 높은 세라믹스 보호막의 성막이 가능해지면, 유리나 플라스틱의 표면을 상처로부터 지키는 보호막으로서도 이용 범위가 넓어진다. 또한 세라믹이기도 한 산화 티타늄막을 유기 티타늄과 물을 원료 가스로 하여 건설용 대형 유리창에 부가하면, 고층 빌딩의 창에 먼지가 붙는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정된 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 등도 포함된다.
201; 캐리어 가스
202; 전력
203; 히트 빔 가열 장치 1
204; 수송관
205; 원료 가스
206; 전력
207; 히트 빔 가열 장치 2
208; 수송관
209; 생성 가스
210; 가이드
211; 성막실
212; 베이스체
213; 배기구
301; 원료 가스 A
302; 원료 가스 B
303; 원료 가스 C
304; 히트 빔 가열 장치
305; 히트 빔 가열 장치
306; 히트 빔 가열 장치
307; 원료 가스 A의 생성 가스 a
308; 원료 가스 B의 생성 가스 b
309; 원료 가스 C의 생성 가스 c
S; 생성 가스의 세트
310; 가이드
311; 생성 가스
312; 성막실
313; 베이스체
314; 배기구
401; 필름
402; 필름 공급 드럼
403; 필름 권취 드럼
404; 필름 지지대

Claims (8)

  1. 촉매 기능이 있는 원소를 포함한 금속 재료에 고온 가열한 원료 가스가 반복하여 고속 충돌하는 유로 구조를 가진 원료 가스의 순간 가열 기구;
    상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 온도보다 낮은 온도로 지지된 베이스체;를 구비하고,
    상기 원료 가스의 순간 가열 기구를 통해 발생시킨 생성 가스를 상기 베이스체에 분사 접촉시켜 성막하는 히트 빔 성막 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 유로 표면이, 루테늄이나 니켈, 백금, 철, 크롬, 알루미늄, 탄탈 원소 중 하나 이상을 포함한 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스의 순간 가열 기구가 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스가 물, 또는 메탄을 포함한 탄화 수소, 또는 알루미늄이나 하프늄·갈륨·아연·티타늄·실리콘·마그네슘·인듐 중 어느 하나의 금속 원소를 포함한 유기 금속 가스, 또는 질소나 아르곤을 포함한 비활성 가스, 또는 수소나 암모니아 등의 환원 가스, 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 가스의 순간 가열 기구의 가열 온도가 100℃ 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스체가 유리, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱, 카본인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스체가 이동하는 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스체가 유기 EL 디바이스 또는 액정 디바이스 또는 태양 전지 또는 포토레지스트 패턴이 형성된 베이스체인 것을 특징으로 하는 히트 빔 성막 장치.
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