(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の原料ガスを混合することなく、減圧下の反応室内に夫々導入する真空処理装置用のガス供給装置であって、
反応室内を臨むガス導入部を備え、このガス導入部は複数の隔絶空間を有し、各隔絶空間に、原料ガスを供給する、流量制御手段を介設したガス供給管が夫々接続されると共に、各隔絶空間から夫々反応室に通じるガス導入口が設けられ、
各ガス供給管に、他の流量制御手段を介設した１本のガス管を分岐した分岐管が夫々接続され、このガス管を流れるガスの流量を、ガス供給管を流れる原料ガスの流量差より多くなるように制御し、各ガス導入口から反応室に夫々導入される、原料ガスと各分岐管からのガスとの合計のガス流量が同等となるようにしたことを特徴とする真空処理装置用のガス供給装置。
【請求項２】
前記分岐管の接続箇所から各隔絶空間までのガス供給管の長さを揃えることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置用のガス供給装置。
【請求項３】
前記各隔絶空間から反応室に夫々通じるガス導入口のコンダクタンスを一致させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空処理装置用のガス供給装置。
【請求項４】
前記隔絶空間の夫々は、一方向に列設した複数枚の隔板のうち向かい合う２枚の隔板で画成され、各隔板の列設方向で反応室に向かう方向を下とし、最下側に位置する隔板に前記ガス導入口が開設されており、これらのガス導入口は、最下側の隔絶空間に直接連通すると共に、隔絶空間または隔板を上下方向に貫通する連通路を介して他の各隔絶空間に夫々連通することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空処理装置用のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置用のガス供給装置に関し、特に、ＭＯＣＶＤ装置にてポストミックス式で複数種の原料ガスを減圧下の反応室内に導入するのに利用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、有機金属化合物膜の成膜方法として、有機金属化合物の気相からの析出により有機金属化合物膜を得ることが知られており（例えば、特許文献１参照）、このような成膜には、真空処理装置たるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置が一般に用いられている。そして、このＭＯＣＶＤ装置に、形成しようする有機金属化合物膜の組成に応じて選択された２種以上の有機金属材料からなる原料ガスを夫々供給するためにガス供給装置が用いられる。
【０００３】
ここで、ＭＯＣＶＤ法にて成膜する際、原料ガスの種類によってはその反応性が非常に高く、反応室内に導入する前に各原料ガスを混合すると、反応が促進されてパーティクル等を発生し、良好な成膜を阻害する要因となることがある。そこで、上記特許文献１記載の如く、予め各原料ガスを混合する混合器を用いるのではなく、処理すべき基板が配置された反応室まで原料ガスを混合せずに導入し、基板表面で各原料ガスを混合することが一般に行われている（所謂、ポストミックス式のガス導入装置）。
【０００４】
図３には、所謂ポストミックス式のガス供給装置を備えたＭＯＣＶＤ装置が示されている。このものは、反応室１ａを画成する真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、反応室１ａ内を真空引きして減圧する真空ポンプＰに通じる、圧力制御弁ＡＰＣ等が介設された排気管２が接続されている。また、真空チャンバ１の底部には、処理すべき基板Ｗを位置決め保持するステージ３が設けられている。そして、基板Ｗに対向させて真空チャンバ１の天井部には、反応室１ａを臨むガス供給装置ＧＳのガス導入部４が設けられている。
【０００５】
２種類の原料ガスを反応室１ａ内に導入する場合を例に説明すると、ガス導入部４は、３枚の隔板４１〜４３を上下方向に等間隔で列設し、向かい合う２枚の隔板４１〜４３で夫々画成された同一容積の下側の隔絶空間４ａと上側の隔絶空間４ｂとを有する。上側の隔板４３は、真空チャンバ１の天板を兼用し、また、隔板４１、４２は、天板４３に反応室１ａ内に向かって突設した環状壁４１で保持されている。また、最下側の隔板４１には、所定のパターンで複数個のガス導入口４２ａ、４２ｂが開設され、この隔板４１がシャワープレートの役割を果たすようになっている。ガス導入口の半数のもの４２ａは下側の隔絶空間４ａに直接連通している。他方で、残りの半数のもの４２ｂには、連通路を構成するストロー管４３が夫々挿設され、ストロー管４３の上端が、下側の隔絶空間４ａを上下方向で貫通して上側の隔絶空間４ｂに夫々連通している。通常、ガス導入口４２ａの内径と、他のガス導入口４２ｂに挿設されるストロー管４３の内径とは同一で、ガス導入口４２ａ、４２ｂの総面積が互いに一致するように設計されている。
【０００６】
両隔絶空間４ａ、４ｂには、図外のガス源に通じるガス供給管５１、５２が接続されている。両ガス供給管５１、５２にはマスフローコントローラ（流量制御手段）５１が介設され、両隔絶空間４ａ、４ｂに、各原料ガスを所定の流量で導入できるようになっている。この場合、原料ガスを希釈し、または、原料ガスを反応室へと送る等のため、両ガス供給管５１、５２に、アルゴンや窒素等の希ガスを供給する、マスフローコントローラ６１を介設した不活性ガス供給管５１、５２を夫々接続してもよい。
【０００７】
ところで、上記ガス供給装置ＧＳにて反応室１ａ内に２種類の原料ガスを夫々供給し、基板Ｗ表面で反応させて成膜する場合、シャワープレート４１の両ガス導入口４２ａ、４２ｂから吐出されるガス流量に差があると、例えばシャワープレート４１と基板Ｗとの間の空間でうずが発生して基板への原料ガスの円滑な流れが阻害され、膜厚や膜質の基板面内均一性よく成膜できないという問題が生じる。ここで、両ガス導入口４２ａ、４２ｂから吐出されるガス流量は、ガス導入口４２ａ、４２ｂの総面積と、隔絶空間４ａ、４ｂへのガス供給量とで決まる。上記の如く、シャワープレート４１に設けたガス導入口４２ａ、４２ｂの総面積が互いに一致するように設計することが通常であることから、両隔絶空間４ａ、４ｂへのガス供給量さえ互いに一致していればよい。
【０００８】
然し、上記従来例では、例えばガス源からの原料ガスの供給にも不活性ガスを用いる等により、各ガス供給管を介して隔絶空間に供給する原料ガスのガス流量を互いに揃えることが困難な場合が多く、しかも、マスフローコントローラの故障等で例えば設定流量にずれを生じたような場合、隔絶空間へのガス供給量が変化してしまう。その上、上記のように、基板に対して離間する方向に隔絶空間の複数を設けたのでは、各隔絶空間からガス供給管を通して反応室に導入するガス流量も変化し易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１５８９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑み、複数種の原料ガスを、複数の隔絶空間に同等のガス供給量で導入できて、同等のガス流量で基板に供給できるようにした簡単な構成の真空処理装置用のガス供給装置を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、複数種の原料ガスを混合することなく、減圧下の反応室内に夫々導入する真空処理装置用のガス供給装置であって、反応室内を臨むガス導入部を備え、このガス導入部は複数の隔絶空間を有し、各隔絶空間に、原料ガスを供給する、流量制御手段を介設したガス供給管が夫々接続されると共に、各隔絶空間から夫々反応室に通じるガス導入口が設けられ、各ガス供給管に、他の流量制御手段を介設した１本のガス管を分岐した分岐管が夫々接続され、このガス管を流れるガスの流量を、ガス供給管を流れる原料ガスの流量差より多くなるように制御し、各ガス導入口から反応室に夫々導入される、原料ガスと各分岐管からのガスとの合計のガス流量が同等となるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、１本のガス管を分岐した分岐管を、原料ガスを導入するガス供給管に夫々接続した構成を採用したため、２本のガス供給管で２種類の原料ガスを反応室内に夫々導入する場合を例に説明すると、減圧下の反応室に互いに連通する、流量制御手段の下流側における両ガス供給管内の圧力が同等となる。そして、両ガス供給管のうちいずれか一方のガス流量が低下すると、この低下したガス供給管に分岐管から不活性ガスが優先的に流入することで、簡単な構成により両隔絶空間にガス供給管を介して導入されるガス流量を互いに一致させる構成が実現できる。また、分岐管内のガス流量を、ガス供給管内を流れる原料ガスの流量差より多くなるように制御することで、ガス導入口から吐出されるガスの流量を同一にできて両ガスを円滑に基板に供給することができ、しかも、不活性ガスがガス供給管内を逆流する等の不具合の発生を確実に抑制することができる。なお、本発明において、ガス流量の一致とは、厳密にガス流量（即ち、原料ガスと流量調整用の不活性ガスとの合計のガス流量）が一致している場合だけでなく、シャワープレートの両ガス導入口から吐出されるガス流量の差が小さく、基板に対して原料ガスが円滑に供給されて、膜厚や膜質の基板面内均一性よく成膜できる場合を含む。
【００１３】
本発明においては、前記分岐管の接続箇所から各隔絶空間までのガス供給管の長さを揃えておけば、より確実に複数種の原料ガスを同等の流量で基板に供給することができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記各隔絶空間から反応室に夫々通じるガス導入口のコンダクタンスを一致させることが好ましい。これによれば、隔絶空間へのガス流量を互いに一致させることができることと相俟って、基板に対して、複数種の原料ガス（即ち、原料ガス及び不活性ガス）を同等の流量で確実に供給することができる。
【００１５】
なお、本発明においては、前記隔絶空間の夫々は、一方向に列設した複数枚の隔板のうち向かい合う２枚の隔板で画成され、各隔板の列設方向で反応室に向かう方向を下とし、最下側に位置する隔板に前記ガス導入口が開設されており、これらのガス導入口は、最下側の隔絶空間に直接連通すると共に、隔絶空間または隔板を上下方向に貫通する連通路を介して他の各隔絶空間に夫々連通するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のガス供給装置を備えたＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図。
【図２】シャワープレートたる隔板の平面図。
【図３】従来例のガス供給装置を備えたＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、真空処理装置をＭＯＣＶＤ装置とし、２種の原料が液相状態で収納された両容器から原料ガスを２本のガス供給管を介して反応室内にポストミックス式で導入する場合を例に、本発明の実施形態の真空処理装置用のガス供給装置を説明する。以下においては、上記従来例と同一の部材、要素には同一の符号を用いることとする。
【００１８】
図１を参照して、ガス供給装置ＧＳは、反応室の天井部に設けたガス導入部４と、両原料ガスを供給する、マスフローコントローラ５１（流量制御手段）が介設されたガス供給管５１、５２と、原料ガスをガス供給管５１、５２へと送り出す図示省略のガス源とを備える。ガス源としては、公知のものが利用でき、特に図示して説明しないが、例えば、各原料を液相状態で夫々収納する容器を備える。原料としては、基板Ｗ表面に形成しようする有機金属化合物膜の組成に応じて選択され、例えば、発光ダイオードの製造工程にて所定の有機金属化合物膜を成膜する場合、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ２、Ｍｇが用いられる。この場合、同種の原料を複数個の容器に収納することもできる。
【００１９】
各容器には、図外のヒータが設けられ、原料が、その蒸気圧に応じた所定温度に加熱保持されるようになっている。各容器には、不活性ガスからなるプッシングガス（バブリングガス）を供給するプッシングガスラインが夫々接続されている。そして、流量制御されたプッシングガスが容器内に導入され、当該プッシングガスのバブリング作用により、原料ガスが、第１及び第２の両ガス供給管５１、５２へと送り出される。
【００２０】
ところで、ガス供給管５１、５２を介して両隔絶空間４ａ、４ｂに夫々ガス（即ち、原料ガス及び不活性ガス）を導入し、両隔絶空間４ａ、４ｂで一旦拡散されたガスをシャワープレート４１の両ガス導入口４２ａ、４２ｂから反応室１ａ内に原料ガスを夫々供給し、基板Ｗ表面で反応させて成膜する場合、シャワープレート４１の両ガス導入口４２ａ、４２ｂから吐出されるガス流量（流速）に差があると、例えばシャワープレート４１と基板Ｗとの間の空間でうずが発生して基板Ｗへの原料ガスの円滑な流れが阻害され、膜厚や膜質の基板面内均一性よく成膜できない。本実施形態では、両隔絶空間４ａ、４ｂへの原料ガスのガス供給量を互いに一致させるために、ガス供給管５１、５２として同一径のものを用いると共に、マスフローコントローラ５１から両隔絶空間４ａ、４ｂまでの長さを同一とした。
【００２１】
また、上記の如く、原料ガスを希釈し、または、原料ガスを反応室１ａへと送る等のための不活性ガス供給管６１、６２とは別に（図１中、図示せず）、各ガス供給管５１、５２に、アルゴン等の不活性ガスを導入する、マスフローコントローラ７１（他の流量制御手段）を介設した１本のガス管７を分岐した分岐管７１、７２を夫々接続し、ガス供給管５１、５２を介して原料ガスを供給する際、マスフローコントローラ５１の下流側でガス供給管５１、５２に分岐管７１、７２から流量調整用の不活性ガスを流すこととした。この場合、両分岐管７１、７２の長さを揃えると共に、ガス管７を流れるガスの流量を、ガス供給管５１、５２を流れる原料ガスの流量差より多くなるように制御することとした。なお、流量制御は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置の作動を統括制御する制御部により、マスフローコントローラ７１を制御して行えばよい。
【００２２】
上記によれば、減圧下の反応室１ａに互いに連通する、マスフローコントローラ５１の下流側における両ガス供給管内５１、５２の圧力が同等となる。そして、両ガス供給管５１、５２のうちいずれか一方のガス流量が低下すると、この低下したガス供給管５１、５２に分岐管７１、７２から不活性ガスが優先的に流入することで、簡単な構成により両隔絶空間４ａ、４ｂにガス供給管５１、５２を介して導入されるガス流量（原料ガスと不活性ガスとの合計のガス流量）を互いに一致させる構成が実現できる。また、不活性ガスの流量を、ガス供給管５１、５２を流れる原料ガスの流量差より多くなるように制御することで、ガス導入口４２ａ、４２ｂから吐出されるガスの流量を同一にできて両ガスを円滑に基板に供給することができ、しかも、不活性ガスがガス供給管５１、５２内を逆流する等の不具合の発生を確実に抑制することができる。
【００２３】
次に、両隔絶空間４ａ、４ｂから各ガス導入口４２ａ、４２ｂを介して反応室１ａ内に同等の流量で原料ガスを吐出するために、図２に示すように、ガス導入口４２ａと、ガス導入口４２ｂとの形成個数を一致させると共に、互い違いとなるようにシャワープレート４１に等間隔で形成した。そして、ガス導入口４２ｂにその先端部が挿設されたストロー管４３の内径を、ガス導入口４２ａより小さくし（内径に差をつける）、下側の隔絶空間４ａから反応室１ａに通じる一のガス導入口４２ａと、上側の隔絶空間４ｂからストロー管４３を経て反応室１ａに通じる他のガス導入口４２ｂとのコンダクタンスを互いに一致させるようにした。この場合、ＭＯＣＶＤによる成膜時の反応室１ａ内の圧力範囲（隔絶空間４ａ、４ｂ内の圧力は同等となる）では、通常、粘性流領域となるため、この粘性流のコンダクタンスの一般式と、ガス導入口４２ａの長さ（隔板４１の板厚）及びストロー管４３の長さとから夫々のコンダクタンスを算出し、このコンダクタンスを考慮して径を決定すればよい。
【００２４】
上記によれば、下側の隔絶空間４ａから直接ガス導入口４２ａを介して反応室１ａに吐出されるまでと、上側の隔絶空間４ｂからストロー管４３を経てその端部（つまり、ガス供給口４２ｂ）から反応室１ａに吐出されるまでとのコンダクタンスを揃えることと、両隔絶空間４ａ、４ｂへのガス流量を互いに一致させることができることとが相俟って、基板Ｗに対して、原料ガスと不活性ガスとからなるガスを同等の流量で確実に供給することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、２種類の原料ガスを反応室内に供給するものを例に説明したが、３種以上の原料ガスの供給にも本発明のガス供給装置は適用することができる。また、上記実施形態においては、処理装置としてＭＯＣＶＤ装置を例としたが、処理装置はこれに限定されるものではなく、複数種の原料ガスを反応室内の基板に供給して混合するものであれば、本発明のガス供給システムは広く適用できる。
【００２６】
また、上記実施形態では、３枚の隔板４１〜４３を上下方向に等間隔で列設し、向かい合う２枚の隔板４１〜４３により、同一容積の下側の隔絶空間４ａと上側の隔絶空間４ｂとを画成したものを例に説明したが、隔絶空間が複数形成されたものであれば、ガス導入部の形態は上記のものに限定されるものではない。例えば、同一輪郭を有する複数枚の所定の厚さの板材を用い、各板材の上面や下面にガス通路等を構成する窪み部を凹設し、これらを上下方向で重ね合わせて接合することで、相互に隔絶された隔絶空間を形成し、各隔絶空間から、板材を上下方向に貫通して最下部の板材に通じるガス導入口を穿設してガス導入部を構成することができる。
【００２７】
更に、本実施形態では、流量制御手段をマスフローコントローラとから構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。更に、上記実施形態では、コンダクタンスを揃えるためにガス導入口の径に差をつけるものを例に説明したが、これに限定されるものはなく、他の方法でもよい。また、上記実施形態では、ガス供給管５１、５２を介して原料ガスを供給する際、マスフローコントローラ５１の下流側でガス供給管５１、５２に分岐管７１、７２から流量調節用の不活性ガスを流すこととしたが、これに限定されるものではなく、場合によっては、流量調整用に原料ガスを使用することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１…真空チャンバ（真空処理装置（ＭＯＣＶＤ装置）、ＧＳ…ガス供給装置、４…ガス導入部、４１、４２、４３…隔板、４ａ、４ｂ…隔絶空間、４２ａ、４２ｂ…ガス導入口、４３…ストロー管（連通路）、５１、５２…ガス供給管（原料ガス用）、５１、７１…マスフローコントローラ（流量制御手段）、７…ガス管（流量調整のための不活性ガス用）、７１、７２…分岐管。
【図１】
0005731301.tif 000002
【図２】
0005731301.tif 000003
【図３】
0005731301.tif 000004