JP2005048242A

JP2005048242A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2005048242A
Application number: JP2003282246A
Authority: JP
Inventors: Koji Sasaki; 浩司佐々木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】薄膜形成装置において原料加熱部をチャンバ内に設けることで、成膜レートを安定化させるとともにメンテナンスを容易にする。
【解決手段】気密が保持されるチャンバ１１と、チャンバ１１内に設けた基板５１を保持するホルダ１２と、チャンバ１１内に設けたもので成膜原料を気化または昇華させる原料加熱部３６、３７と、原料加熱部３６、３７で気相状態となった成膜原料を基板５１方向に輸送するもので原料加熱部３６、３７に接続された搬送ガス供給部３１と、原料加熱部３６、３７で気相状態となった成膜原料を搬送ガスにより基板５１方向に送給する配管４０、４１と、チャンバ１１内の不要なガスを排気するものでチャンバに設けた排気部１３とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）表示装置をはじめとする各種表示装置を構成する薄膜の成膜、各種半導体装置を構成する薄膜の成膜に用いる薄膜形成装置に関し、特には、安定した成膜レートが確保できるとともに装置メンテナンスが容易な薄膜形成装置に関するものである。

有機ＥＬディスプレイ素子、有機半導体レーザーなどに用いる低分子系有機ＥＬ発光素子用の有機薄膜を形成する方法の一つである有機気相蒸着膜法（Organic Vapor Phase Deposition）の装置構成において、従来は、有機物質を気化または昇華させる原料気化／昇華部と基板上へ有機物質膜を堆積させる気相部が個別に形成されていた。

その一例を図３の概略構成図によって説明する。図３に示すように、薄膜形成装置１０１は、成膜部１１０とガス供給部１３０とにより構成されている。

上記成膜部１１０には、搬送ガスとともに送給された成膜原料ガスにより薄膜の堆積形成が行われるチャンバ１１１が備えられている。このチャンバ１１１内には、成膜される基板１５１を保持する基板ホルダ１１２が設置されている。この基板ホルダ１１２は、図面に示したように基板１５１が垂直に設置されるように構成されているものである。また、上記チャンバ１１１にはチャンバ内の不要なガスを排気するための排気部１１３が設けられている。さらに上記基板ホルダ１１２は基板載置面が冷却されるように、冷却管１１４が設置されている。この冷却管１１４は、配管内に例えば冷却水、冷却ガス等を流して基板ホルダ１１２の基板載置面を冷却するものである。

上記ガス供給部１３０には、搬送ガス源１３１が備えられ、この搬送ガス供給部１３１より流量コントローラ１３２、１３３を介して搬送ガスを送給する配管１３４、１３５が成膜原料を気化もしくは昇華する原料加熱部１３６、１３７に接続されている。原料加熱部１３６、１３７には、成膜原料を所望の温度に加熱するヒータ１３８、１３９が備えられている。原料加熱部１３６、１３７には、チャンバ１１１に搬送ガスとともにガス化した成膜原料を送給する配管１４０、１４１が接続されている上記配管１３４、１３５、１４０、１４１には、配管内を送給される成膜原料ガスが送給中に冷却されるのを防止するためのヒータ１４２、１４３、１４４、１４５が例えば各配管外周に設置されている。

上記説明したような成膜装置では、チャンバの外側に原料加熱部があり、その原料加熱部より配管を用いて気相状態の成膜原料をチャンバ内に導いており、その配管には反応ガスの供給途中での凝縮液化を防止するために加熱ヒータが備えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３０６３７７号公報（段落番号００１７、図１参照）

解決しようとする問題点は、有機物質を気化または昇華させる原料気化／昇華部（以下、原料加熱部という）から基板上へ有機物質膜を堆積させるチャンバまでの気相状態の有機物質を搬送ガスにて輸送する輸送経路となる配管が長く、また配管には屈曲した部分が存在することにより、気相状態の有機物質が配管内を輸送される途中で堆積および滞留を発生することがあり、このため、成膜レートが不安定になることである。また、原料加熱部と基板上へ有機物質膜を堆積させるチャンバとの圧力差に変動が発生することになり、これによっても成膜レートが不安定になることである。更に、装置メンテナンスの際には、輸送経路の配管の全てを取り外して洗浄しなければならず、メンテナンスが大掛かりになることである。

本発明は、気密が保持されるチャンバと、前記チャンバ内に設けた基板を保持するホルダと、前記チャンバ内に設けたもので成膜原料を気化または昇華させる原料加熱部と、前記原料加熱部で気相状態となった成膜原料を前記基板方向に輸送するもので前記原料加熱部に接続された搬送ガス供給部と、前記原料加熱部で気相状態となった成膜原料を搬送ガスにより前記基板方向に送給する配管と、前記チャンバに設けた排気部とを備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の薄膜形成装置は、チャンバ内に原料加熱部を設けたため、原料加熱部から薄膜が形成される基板までの距離が短くなり、配管を屈曲させたり、長い経路に敷設する必要も無くなるので、気相状態の成膜原料が輸送経路途中で堆積したり、滞留したりすることが無くなり、また、原料加熱部とチャンバ内との圧力変動が大きくなることは無く、原料加熱部とチャンバ内の成膜レートの均一化が実現できる。さらに、配管が短くなるので、装置メンテナンスが容易になるという利点がある。

成膜レートの均一化、装置メンテナンスの容易化という目的を、チャンバ内に原料加熱部を設けることにより配管の敷設距離を短くすることで実現した。

本発明の薄膜形成装置に係る一実施例を、図１の概略構成図によって説明する。

図１に示すように、薄膜形成装置１は、ガス供給部３０と成膜部１０とにより構成されている。

上記成膜部１０には、搬送ガスとともに送給された成膜原料ガスにより薄膜の堆積形成が行われるもので気密性を有するチャンバ１１が備えられている。このチャンバ１１内には、成膜される基板５１を保持する基板ホルダ１２が設置されている。この基板ホルダ１２は、図面に示したように基板５１が垂直に設置されるように構成されているものである。なお、本発明の装置構成は、基板５１が水平に設置されるような装置にも適用できる。また、上記チャンバ１１にはチャンバ内の不要なガスを排気するための排気部１３が設けられている。この排気部１３は、排気管を介してチャンバ１１に接続される排気装置、例えば真空ポンプ（図示せず）により構成されている。さらに上記基板ホルダ１２は基板載置面が冷却されるように、冷却器１４が設置されている。この冷却器１４は、例えばホルダ１２内に配管を張り巡らし、その配管内に例えば冷却水、冷却ガス等の冷却媒体を流して基板ホルダー１２の基板載置面を冷却するものである。この冷却器１４は配管で構成されたものに限定されることはなく、ホルダ１２の基板載置面より基板５１を冷却するものであればよい。例えば、ペルティエ効果を利用した熱電冷却素子を用いることもできる。

また、チャンバ１１には内部圧力を計測する圧力計１５が備えられている。さらに、チャンバ１１内部にパージ用ガスを供給するバルブ（図示せず）が設けられている。

上記ガス供給部３０には、搬送ガス供給部３１が備えられ、この搬送ガス供給部３１より流量コントローラ３２、３３を介して搬送ガスを送給する配管３４、３５が成膜原料を気化もしくは昇華する原料加熱部３６、３７に接続されている。原料加熱部３６、３７は、上記チャンバ１１の内部に設けられている。この原料加熱部３６、３７には、成膜原料を所望の温度に加熱するヒータ３８、３９が備えられている。また原料加熱部３６、３７には、チャンバ１１に搬送ガスとともにガス化した成膜原料を基板５１方向に送給する配管４０、４１が接続されている。上記配管３４、３５、４０、４１には、配管内を送給される成膜原料ガスが送給中に冷却されるのを防止するためのヒータ４２、４３、４４、４５が例えば各配管外周に設置されている。また、図示はしないが、上記原料加熱部３６、３７には内部圧力を計測する圧力計が設置されていても良い。

上記薄膜形成装置１では、二つの原料加熱部３６、３７を示したが、原料加熱部は、成膜原料の種類によって一つであってもよく、また三つ以上であってもよい。また、一つの原料加熱部に複数の成膜原料を入れることも可能である。

上記配管４０、４１の噴き出し口には、図示はしていないが、気相状態の成膜原料が基板５１の成膜表面に均一に供給されるように、ノズルを設けることができる。例えばシャワーノズルを設けることができる。

次に、ホルダ１２に冷却器１４を設置することによる効果を図２によって説明する。図２では、縦軸に基板温度を示し、横軸に成膜時間を示す。また、原料加熱部３６、３７に対する過熱温度は４００℃とした。

図２に示すように、冷却器１４による基板冷却を行わない場合には、成膜時間が１０分までに１１３℃程度まで基板表面温度が上昇し、成膜時間が１５分を経過するとそれ以降は基板表面温度がほぼ１２５℃と一定になった。一方、５℃の冷却水を用いた冷却器１４により基板５１を冷却して成膜を行ったところ、成膜時間が１０分までに２６．５℃程度まで基板表面温度が上昇し、それ以降は基板表面温度がほぼ２６．５℃と一定になった。このように、冷却器１４により基板５１を冷却することにより、基板５１表面に形成される薄膜の劣化を抑えることができる。特に、薄膜が有機膜の場合には、基板表面温度が１００℃を超えるような場合には、膜種によっては膜が劣化する場合がある。よって、本発明のように、基板５１を冷却することにより、基板５１表面に形成された膜の劣化を防止することができる。

また、上記配管３４、３５にヒータ４２、４３を設けたことにより、原料加熱部３６、３７に送給される搬送ガスが加熱されて原料加熱部３６、３７に送られることになるので、原料加熱部３６、３７内部の温度を急激に低下させることが無くなる。これにより、原料加熱部３６、３７内部での成膜原料の堆積を防止することができる。

また、上記配管４０、４１にヒータ４４、４５を設けたことにより、原料加熱部３６、３７から基板５１方向に送給される搬送ガスおよび気相状態の成膜原料が加熱された状態で送給されるので、すなわち気相状態で基板５１表面に送られることになるので、配管４０、４１内部で成長原料が堆積することが無くなる。これにより、配管４０、４１内部での気相状態の成膜原料の流れが円滑になるので、安定した成膜レートが得られる。

次に、本発明の薄膜形成装置１による成膜方法を以下に説明する。例えば、以下に説明する（１）〜（８）の工程を順に行うことで、基板５１表面に薄膜を形成する。

（１）チャンバ１１内のホルダ１２に基板５１を保持させる。ホルダ１２への基板５１の保持方法は、例えば静電チャック方式、機械的保持方式等、既存の基板保持方法による。

（２）排気部１３によりチャンバ１１内を真空引きし、所望の圧力に減圧する。この真空引きは、後の工程でチャンバ１１内に搬送ガスおよび気相状態の成膜原料が供給されたときにチャンバ１１内の搬送ガスおよび気相状態の成膜原料が所望の圧力となるように行われる。

（３）冷却器１４により基板５１表面を所定温度に調整する。基板５１の表面は、原料加熱部３６、３７、配管４０、４１等を過熱するヒータ３８、３９、４４、４５の輻射熱により過熱されるが、この冷却器１４により基板５１を冷却することで、基板５１の過熱を防止することができ、成膜レートが異常に速くなることを防止することができる。これによって、より均一な膜厚を得る成膜が行えるようになる。

（４）成膜原料が収納されている原料加熱部３６、３７をヒータ３８、３９で加熱して、成膜原料を気化もしくは昇華させ、気相状態とする。そして搬送ガス源３１より導入される搬送ガスとともに気相状態の成膜原料を配管４０、４１により基板５１表面へ供給する。その際、搬送ガスを原料加熱部３６、３７に供給する経路となる配管３４、３５および搬送ガスとともに気相状態の成膜原料を輸送する経路となる配管４０、４１は、ヒータ４２、４３、４４、４５により加熱する。その際の加熱温度は、例えば気相状態の成膜原料が気相状態を保持する温度とする。

（５）基板５１表面に供給された成膜原料は基板５１表面に堆積して薄膜（図示せず）を形成する。成膜は、例えば薄膜が所望の膜厚になるまで行う。この際、膜厚は、例えば成膜時間により制御される。もしくは、チャンバ１１に、基板５１表面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚モニター（図示せず）を設けておき、その膜厚モニターにより基板５１表面の形成された薄膜の膜厚測定を行うことも可能である。

（６）所望の厚さまで薄膜が成膜された後、直ちに成膜原料の加熱を停止するとともに気相状態の成膜原料の供給を停止して成膜終了する。なお、搬送ガスや気相状態の成膜原料の供給や停止を速やかに行うために、配管３４、３５、４０、４１にバルブ（図示せず）を設けることが好ましい。

（７）チャンバ１１内のガスを排気した後、パージ用のバルブ（図示せず）を開いてチャンバ１１内に大気もしくは窒素ガスを大気圧になるまで導入する。

（８）大気圧に戻ったチャンバ１１内より基板１１を取り出す。

上記説明したように、薄膜形成装置１は、チャンバ１１内部に原料加熱部３６、３７が設けられていることにより、原料加熱部３６、３７から搬送ガスにて輸送された気相状態の成膜原料を基板５１方向に吹き出す配管４０、４１の噴き出し口（もしくはノズルの噴き出し口）までの距離が短くなるので、気相状態の成膜原料が配管４０、４１内を輸送される途中で堆積もしくは滞留を起こすという問題が解決される。また、原料加熱部３６、３７とチャンバ１１との圧力差の変動についても解消される。これらの改善効果により、基板５１表面に形成される薄膜の成膜レートの安定化が計れるので、均一な膜厚の薄膜を成膜することが可能になる。また、装置メンテナンスについては、特に、清掃頻度を高くする必要があった原料加熱部３６、３７の下流側の配管４０、４１に、成膜原料の堆積が極めて少なくなるのでの、配管の清掃頻度が低減される。また、配管４０、４１の長さを短くすることができるため、配管の取り外しが容易になり、配管の洗浄が行い易くなる。このように、装置メンテナンスの負荷が大幅に軽減される。

本発明の薄膜形成装置は、有機成膜原料を用いた薄膜の形成、特に有機エレクトロルミネッセンス表示装置の有機絶縁膜の形成はもとより、半導体装置に用いる絶縁膜や導電膜等の各種薄膜形成の用途にも適用できる。

本発明の薄膜形成装置に係る一実施例を示す概略構成図である。冷却器の効果を示す基板温度と成膜時間との関係図である。従来の薄膜形成装置に係る一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…薄膜形成装置、１１…チャンバ、１２…ホルダ、１３…排気部、３１…搬送ガス供給部、３６，３７…原料加熱部、４０，４１…配管

Claims

気密が保持されるチャンバと、
前記チャンバ内に設けた基板を保持するホルダと、
前記チャンバ内に設けたもので成膜原料を気化または昇華させる原料加熱部と、
前記原料加熱部で気相状態となった成膜原料を前記基板方向に輸送するもので前記原料加熱部に接続された搬送ガス供給部と、
前記原料加熱部で気相状態となった成膜原料を搬送ガスにより前記基板方向に送給する配管と、
前記チャンバ内の不要なガスを排気するもので前記チャンバに設けた排気部と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
前記原料加熱部は、成膜原料が収納され、その成膜原料が気化もしくは昇華される原料収納部と、
前記原料収納部内の成膜原料を気化もしくは昇華させるために加熱するヒータと
を備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記配管には、前記配管内を送給される気相状態の成膜原料を気相状態に保持するように加熱する加熱部が備えられている
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記ホルダには、前記ホルダに保持される基板を冷却する冷却器が備えられている
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。