(57)【要約】【課題】化学蒸着法による薄膜蒸着時に、ソースガスの流量を調節することができるソースガス供給装置を提供する。【解決手段】本発明に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、ソース材料２２を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部２１と、前記ソースガス生成部内の前記ソースガスの圧力を測定するセンサー部２５と、前記センサー部で測定された圧力に基づいて、蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する制御部２６とを備えている。【選択図】図２
2008190037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、
ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、
前記ソースガス生成部内の前記ソースガスの圧力を測定するセンサー部と、
前記センサー部で測定された圧力に基づいて、蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する制御部とを備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
前記制御部は、前記センサー部と連動する弁を有し、
前記弁の開度によって前記蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項３】
化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、
ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、
前記ソースガス生成部内の前記ソースガスの圧力を測定する第１センサー部と、
前記ソースガスを、蒸着チャンバーに流入する前に待機させる待機チャンバーと、
前記センサー部で測定された圧力に基づいて、前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する制御部とを備える装置。
【請求項４】
請求項３に記載のソースガス供給装置であって、
前記待機チャンバー内の前記ソースガスの圧力を測定する第２センサー部をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のソースガス供給装置であって、
前記制御部は、前記センサー部と連動する弁を有し、
前記弁の開度によって前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項６】
化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、
ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、
前記ソースガスを、蒸着チャンバーに流入する前に待機させる待機チャンバーと、
前記待機チャンバー内の前記ソースガスの圧力を測定するセンサー部とを備える装置。
【請求項７】
請求項６に記載のソースガス供給装置であって、
前記センサー部で測定された圧力に基づいて、前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する弁をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１、３又は６のいずれかに記載のソースガス供給装置であって、
前記ソースガスを蒸着チャンバーに運搬する運搬ガスを前記ソースガス生成部に供給する運搬ガス供給部をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１、３又は６のいずれかに記載のソースガス供給装置であって、
前記センサー部は、当該センサー部に前記ソースガスが蒸着するのを防止するための手段を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学蒸着法による薄膜蒸着時に、ソースガスの流量を調節することができるソースガス供給装置に関するものである。より詳細には、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、蒸着チャンバー内に流入するソースガスの圧力を正確にリアルタイムで制御することによって、蒸着チャンバー内の蒸着圧力を効果的に調節することができるソースガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学蒸着法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）による薄膜蒸着は、半導体素子の絶縁層と能動層、液晶表示素子の透明電極、電気発光表示素子の発光層と保護層などの様々な応用において技術的に非常に重要である。一般的に、ＣＶＤにより蒸着された薄膜の物性は、蒸着圧力、蒸着温度、蒸着時間などのＣＶＤ工程条件に非常に敏感に影響を受ける。例えば、蒸着圧力の変化によって、蒸着する薄膜の組成、密度、接着力、蒸着速度などが変化することがある。
【０００３】
ＣＶＤの場合、蒸着圧力は、蒸着させる薄膜物質の原料を供給するソースガス供給装置から供給されるソースガスの流量（すなわち、ソースガスの圧力）に直接的に影響を受ける。したがって、ＣＶＤにおいて蒸着圧力を適切に制御するためには、なによりもソースガス供給装置におけるソースガスの圧力を正確に調節する必要がある。ソースガスの圧力調節は、蒸着速度を高精度で一定に調節する必要がある場合には、特に重要である。
【０００４】
図１は、従来のソースガス供給装置１０の構成を示す図面である。従来のソースガス供給装置１０は、ソース材料１２を格納するソース材料格納部１１、ヒーター１３、運搬ガス供給部１４及び弁Ｖ１〜Ｖ５を備える。一般的に、ソース材料は常温では固体状態で存在するので、ソース材料をソースガス化するためには、ソース材料を常温以上に加熱しなければならない。このとき、ヒーター１３がソース材料を加熱する役割を果たす。通常、ソースガスは、比重が大きいので移動度が小さい。そのため、ソースガスは、運搬ガスによって、蒸着チャンバー内へ円滑に運搬される。弁Ｖ１〜Ｖ５は、状況に応じて開閉され、ソースガス及び運搬ガスの流量を調節する。例えば、運搬ガスを使用しない場合は、弁Ｖ１、Ｖ３は閉鎖される。運搬ガスを使用する場合は、弁Ｖ１の開閉によって、運搬ガス供給部１４からソース材料格納部１１への運搬ガス供給の有無を制御する。
【０００５】
このような従来のソースガス供給装置には、次のような問題点がある。第１に、ソース材料格納部１１に残っているソース材料１２の量によってソース材料１２の蒸発量が変わるため、弁Ｖ２の開閉だけではソースガスの圧力を正確に調節することができない。第２に、加熱によるソース材料１２の揮発及び凝縮過程が繰り返されることによって、ソース材料１２の揮発表面積が絶えず変化することになる。このことによってソース材料１２の蒸発量が変わるため、弁Ｖ２の開閉だけではソースガスの圧力を正確に調節することができない。特に、ソース材料１２が粉末状の場合は、ソース材料１２の表面条件が絶えず変化するという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は前述のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、蒸着チャンバー内に流入するソースガスの圧力を正確にリアルタイムで制御することができるソースガス供給装置を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記のような目的を達成するために、本発明に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、前記ソースガス生成部内の前記ソースガスの圧力を測定するセンサー部と、前記センサー部で測定された圧力に基づいて、蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
前記ソースガス供給装置の前記制御部は、前記センサー部と連動する弁を有し、前記弁の開度によって前記蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節するようにすることが好ましい。
【０００９】
また、前記のような目的を達成するために、本発明の他の態様に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、前記ソースガス生成部内の前記ソースガスの圧力を測定する第１センサー部と、前記ソースガスを、蒸着チャンバーに流入する前に待機させる待機チャンバーと、前記センサー部で測定された圧力に基づいて、前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記ソースガス供給装置は、前記待機チャンバー内の前記ソースガスの圧力を測定する第２センサー部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
前記ソースガス供給装置の前記制御部は、前記センサー部と連動する弁を有し、前記弁の開度によって前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節するようにすることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記のような目的を達成するために、本発明の他の態様に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着に使用されるソースガスを供給するソースガス供給装置であって、ソース材料を加熱してソースガスを生成するソースガス生成部と、前記ソースガスを、蒸着チャンバーに流入する前に待機させる待機チャンバーと、前記待機チャンバー内の前記ソースガスの圧力を測定するセンサー部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
前記ソースガス供給装置は、前記センサー部で測定された圧力に基づいて、前記待機チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する弁をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
上記の各ソースガス供給装置は、前記ソースガスを蒸着チャンバーに運搬する運搬ガスを前記ソースガス生成部に供給する運搬ガス供給部をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
上記の各ソースガス供給装置の前記センサー部は、当該センサー部に前記ソースガスが蒸着するのを防止するための手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、ソース材料格納部内のソース材料の状態に関係なく、蒸着チャンバー内に流入するソースガスの圧力をリアルタイムで正確に制御することができるので、蒸着工程の実施中に蒸着チャンバー内の蒸着圧力を一定に調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本発明の第１実施形態に係るソースガス供給装置２０の構成を示す図面である。ソースガス供給装置２０は、ソース材料２２を格納するソース材料格納部（ソースガス生成部）２１、ヒーター２３、運搬ガス供給部２４、センサー部２５、制御部２６及び弁Ｖ１〜Ｖ５を備える。
【００１９】
ソース材料格納部２１、ヒーター２３、運搬ガス供給部２４及び弁Ｖ１〜Ｖ５の機能は、前述した従来のソースガス供給装置１０と同様である。ソースガスの移動度が十分である場合は、運搬ガスが不要なので、運搬ガス供給部２４を備えなくてもよい。運搬ガスを使用する場合は、弁Ｖ１の開閉によって、運搬ガス供給部２４からソース材料格納部２１への運搬ガス供給の有無を制御する。しかし、一般的なソースガスの移動度を考慮すると、運搬ガスをソース材料格納部２１に供給するようにすることが好ましい。
【００２０】
本発明の第１実施形態に係るソースガス供給装置２０の特徴的構成は、センサー部２５と制御部２６にある。
【００２１】
センサー部２５は、ソース材料格納部２１内のソースガスの圧力を測定する。圧力測定の原理上、センサー部２５にソースガスが蒸着し続けることは好ましくない。そのため、センサー部２５は、当該センサー部にソースガスが蒸着するのを防止するための手段（図示せず）を備えることが好ましい。例えば、センサー部２５の前側に弁を設けてセンサー部２５を使用しない場合には弁を閉鎖する方法や、センサー部２５の前側にパージラインを設けてセンサー部２５を使用しない場合にはソースガスがセンサー部２５に到達する前にパージする方法などが想定される。
【００２２】
制御部２６は、センサー部２５で測定された圧力に基づいて、蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する。制御部２６は、センサー部２５と連動する弁（図示せず）を有し、この弁によって蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を調節する。センサー部２５で測定された圧力を予め設定された圧力と比較し、両者の差に基づいて制御部２６に設けられた弁の開度を制御することによってソースガスの圧力を調節する。このことにより、ソース材料２２の状態によるソース材料格納部２１におけるソースガスの圧力変動が大きくても、最終的には、蒸着チャンバーに流入するソースガスの圧力を一定に維持することができる。
【００２３】
次に、上記のように構成された本実施形態に係るソースガス供給装置２０の動作について説明する。
【００２４】
ソースガスを生成するためにヒーター２３を所定の温度に加熱するとき、ソース材料の揮発温度に達するまでは、全ての弁を閉鎖する、又は、弁Ｖ４だけを開放して他の弁を閉鎖する。前記揮発温度に到達した後は、蒸着工程を実施する温度までは、弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４を開放して少量の運搬ガスを供給する。蒸着工程の実施中は、弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ５を開放する。
【００２５】
制御部２６は、センサー部２５で測定されたソースガスの圧力（測定圧力）が予め設定された圧力（設定圧力）よりも高い場合は制御部２６に設けられた弁を開放し、前記測定圧力が前記設定圧力よりも低い場合は前記弁を閉鎖する。このとき、ソースガスの流れを完全にオンオフして制御するのではなく、配管のコンダクタンス（conductance）を微細に調節する。
【００２６】
運搬ガスをソース材料格納部２１に供給しない場合は、弁Ｖ１は常に閉鎖された状態に維持される。運搬ガスを使用する場合は、運搬ガスをソース材料格納部２１に供給する場合でも、ソースガスの移動度を高めるために弁Ｖ３を開放することができる。また、運搬ガスは、蒸着チャンバーのパージ用ガスとしても使用することができる（その場合は、弁Ｖ３、Ｖ５を開放する）。
【００２７】
図３は、本発明の第２実施形態に係るソースガス供給装置３０の構成を示す図面である。ソースガス供給装置３０は、ソース材料３２を格納するソース材料格納部３１、ヒーター３３、運搬ガス供給部３４、センサー部３５、３８、制御部３６、待機チャンバー３７及び弁Ｖ１〜Ｖ５を備える。ソース材料格納部３１、ヒーター３３、運搬ガス供給部３４及び弁Ｖ１〜Ｖ５の機能は、前述したソースガス供給装置２０と同様であるので、それらについての詳細な説明は省略する。
【００２８】
本発明の第２実施形態に係るソースガス供給装置３０の特徴的構成は、センサー部３５、制御部３６及び待機チャンバー３７にある。
【００２９】
第１実施形態と同様に、本実施形態のセンサー部３５は、当該センサー部にソースガスが蒸着するのを防止するための手段（図示せず）を備えることが好ましい。
【００３０】
制御部３６は、センサー部３５で測定された圧力に基づいて、蒸着チャンバー流入するソースガスの圧力を調節する。制御部３６は、センサー部３５と連動する弁（図示せず）を有し、この弁によって待機チャンバー３７に流入するソースガスの圧力を調節する。センサー部３５で測定された圧力を予め設定された圧力と比較し、両者の差に基づいて制御部３６に設けられた弁の開度を制御することによってソースガスの圧力を調節する。
【００３１】
待機チャンバー３７は、ソースガスを蒸着チャンバー内に流入する前に待機させるチャンバーであり、蒸着圧力を正確に調節する役割を果たす。したがって、待機チャンバー３７に所定圧力のソースガスを充填した後、蒸着工程の実施時に前記充填したソースガスを蒸着チャンバー内に流入させることにより、ソースガスの流入量をより正確に制御することができる。特に、本実施形態は、原子層単位蒸着法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）のように原子層単位又はそれ以下に薄膜蒸着するときに、蒸着量を微細に調節する必要がある場合に効果的である。
【００３２】
次に、上記のように構成された本実施形態に係るソースガス供給装置３０の動作について説明する。
【００３３】
本実施形態に係るソースガス供給装置３０の基本的な動作は、第１実施形態のソースガス供給装置２０の動作と同様である。しかし、制御部３６によって一定の圧力に維持されたソースガスを、蒸着チャンバー内に流入させる前に、待機チャンバー３７に充填する点が異なる。
【００３４】
待機チャンバー３７内のソースガスの圧力が所定値に到達すると、制御部３６内の弁を閉鎖して、ソース材料格納部３１から待機チャンバー３へのソースガスの流れを遮断する。あるいは、弁Ｖ２を閉鎖して、ソース材料格納部３１から制御部３６へのソースガスの流れを遮断する。
【００３５】
待機チャンバー３７内のソースガスの圧力は、制御部３６を通過するソースガスの流量と経過時間を測定することにより、計算することができる。あるいは、待機チャンバー３７内のソースガスの圧力は、待機チャンバー３７にさらなるセンサー部３８を設けて、直接的に測定することもできる。
【００３６】
センサー部３８を設ける場合は、制御部３６の弁は、センサー部３５だけでなく、センサー部３８とも連動することが好ましい。その場合は、センサー部３８で測定された圧力に基づいて、制御部３６内の弁を閉鎖させることも可能である。
【００３７】
蒸着工程の実施時には、弁Ｖ５を開放して、待機チャンバー３７内の全てのソースガスを蒸着チャンバー内に流入させる。また、運搬ガスの使用の有無によって、弁Ｖ１、Ｖ３を適切に開閉する。弁Ｖ１、Ｖ３の基本的な役割は、第１実施形態の場合と同様である。
【００３８】
図４は、本発明の第３実施形態に係るソースガス供給装置４０の構成を示す図面である。ソースガス供給装置４０は、ソース材料４２を格納するソース材料格納部４１、ヒーター４３、運搬ガス供給部４４、待機チャンバー４５、センサー部４６及び弁Ｖ１〜Ｖ５を備える。各構成要素の機能は、前述した実施形態と同様である。
【００３９】
本発明の第３実施形態に係るソースガス供給装置４０は、上記した第２実施形態の変形例である。
【００４０】
この第３実施形態は、待機チャンバー４５内のソースガスの圧力をセンサー部４６によって直接的に測定し、測定された圧力が所定の値に到達したときに、弁Ｖ２を閉鎖してソース材料格納部４１から待機チャンバー４５へのソースガスの供給を遮断することを特徴とする。この第３実施形態は、第２実施形態の制御部３６のような構成を備えていないが、待機チャンバー４５内のソースガスの圧力を調節することにより、蒸着チャンバー内に流入させるソースの流入量をより正確に制御することができる。
【００４１】
以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その形態や細部に種々の変更がなされても良いことは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、ソース材料格納部内のソース材料の状態に関係なく、蒸着チャンバー内に流入するソースガスの圧力をリアルタイムで正確に制御することができるので、蒸着工程の実施中に蒸着チャンバー内の蒸着圧力を一定に調節することができる。したがって、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来のソースガス供給装置の構成を示す図面である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るソースガス供給装置の構成を示す図面である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るソースガス供給装置の構成を示す図面である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るソースガス供給装置の構成を示す図面である。
【符号の説明】
【００４４】
２０、３０、４０……ソースガス供給装置
２１、３１、４１……ソース材料格納部
２２、３２、４２……ソース材料
２３、３３、４３……ヒーター
２４、３４、４４……運搬ガス供給部
２５、３５、３８、４６……センサー部
２６、３６……制御部
３７、４５……待機チャンバー
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５……弁
【図１】
2008190037.tif 000003
【図２】
2008190037.tif 000004
【図３】
2008190037.tif 000005
【図４】
2008190037.tif 000006