(57)【要約】【課題】本発明は、成膜の生成効率を向上できる光ＣＶＤ法を用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、真空室である処理室に処理用ガスを導入し、前真空室である処理室に処理用ガスを導入し、前記処理用ガスに第１の光を、前記第１の光を透過する第１の透過窓を介して第１の照射をし、前記第１の照射によって発生した第１の成膜ガスを前記処理室内の基板に堆積させて成膜する際に、前記処理室に前記処理用ガスを導入する前に、前記処理用ガスを所定の温度まで加熱し、前記加熱された処理用ガスに第２の光を、前記第２の光を透過する第２の透過窓を介して第２の照射をし、前記第２の照射によって第２の成膜ガスを発生させ、前記第２の成膜ガスと第２の照射によって未反応である前記処理用ガスとを前記処理室に導入し、前記第１の成膜ガスと第２の成膜ガスとを前記基板に堆積させて成膜することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板載置部を有する真空室である処理室と、前記処理室の外に設けられ前記処理室内に第１の光を照射する第１の発光部と、前記第１の光を前記処理室内に透過させる第１の透過窓と、処理用ガスを前記処理室内へ導入するガス導入口を有する第１のガス配管と、前記処理室内のガスを処理室外へ排気するガス排気部とを有する基板処理装置において、
前記処理室外に設けられたプリミックス部を有し、前記プリックス部内に第２の光を照射する第２の発光部と、前記第２の光を透過させる第２のガス配管と、前記第２のガス配管を所定の温度まで加熱する加熱手段とを有し、前記第２のガス配管の一端は前記処理用ガスを供給する供給部に接続され、他端は前記第１のガス配管に接続されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第２の発光部は前記第１の発光部と共通であることを特徴とする請求項１の基板処理装置。
【請求項３】
前記第２のガス配管は螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第２のガス配管は平面状に配置され、前記平面は前記第２の発光部に面していることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第２のガス配管は複数の三叉路の分岐配管を有し、前記分岐配管における開閉を選択して前記処理用ガスの前記第２のガス配管を流れる長さを変える長さ可変手段を有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記加熱手段は加熱された不活性ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記加熱手段は前記プリミックス部の周囲に敷設された熱線であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第１の透過窓は前記処理室を内外に隔てる隔壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
真空室である処理室に処理用ガスを導入し、前記処理用ガスに第１の光を、前記第１の光を透過させる第１の透過窓を介して照射し、前記照射によって発生した成膜ガスを前記処理室内の基板に堆積させて成膜する基板処理方法において、
前記処理室に前記処理用ガスを導入する前に、前記処理用ガスを所定の温度まで加熱し、前記加熱された処理用ガスに第２の光を照射し、前記第２の光の照射によって成膜ガスを予め発生させ、当該成膜ガスと第２の光の照射によって未反応である前記処理用ガスとを前記処理室に導入し、前記基板に堆積させて成膜することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１０】
前記第１の光と第２の光の発光源は共通であることを特徴とする請求項１０に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光などの光を用いた基板処理技術に関し、特に、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイや有機ＥＬ照明、有機薄膜太陽電池の製造において用いられる封止技術や表面平坦化技術等に使用される光ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明の製造においては、製造した有機ＥＬ素子を最終段階でガラス封止するが、最終段階に至る工程途中においては、酸化珪素膜（ＳiＯ膜）や窒化珪素膜（ＳiＮ膜）等のバリア膜を用いて仮封止が行われる。この仮封止においては、１０−６ｇ／ｍ２・ｄａｙ程度の水蒸気透湿度が要求され、また、低温（約室温〜１００℃）でバリア膜を形成することが要求される。また、近年、被処理基板が大型化しており、例えば１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上の大型基板にも対応する必要がある。
【０００３】
低温でＣＶＤ法により成膜する技術として、光ＣＶＤ法が知られている。光ＣＶＤ法においては、例えば、処理室の上部に石英製の光透過窓を設け、光透過窓の外側にキセノンランプ等の光源を設け、処理室内へ処理用ガスを導入するとともに、光透過窓を介して光源からの光を、処理室内の処理用ガスに照射し、被処理基板にＣＶＤ膜を堆積するものである。
下記の特許文献１には、例えば、ＳiＯ膜を堆積させる場合、光を照射し、予め励起した酸素原子を生成し、励起した酸素原子とＳiＨ４ガスを処理室内で混合し反応させ、膜の成長速度を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−８２７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術においては、上記反応が処理室内で行われるために、ＳiＯガスの生成が遅れ、未反応なＳiＨ４ガスや堆積されないＳiＯガスが多く発生し、ＳiＯ膜生成効率が上がらないという課題がある。
本発明の目的は、成膜の生成効率を向上できる光ＣＶＤ法を用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するために、少なくとも下記の特徴を有する。
本発明は、真空室である処理室に処理用ガスを導入し、前記処理用ガスに第１の光を、前記第１の光を透過させる第１の透過窓を介して照射し、前記照射によって発生した成膜ガスを前記処理室内の基板に堆積させて成膜する際に、前記処理室に前記処理用ガスを導入する前に、前記処理用ガスを所定の温度まで加熱し、前記加熱された処理用ガスに第２の光を照射し、前記第２の光の照射によって成膜ガスを予め発生させ、当該成膜ガスと第２の光の照射によって未反応である前記処理用ガスとを前記処理室に導入し、前記基板に堆積させて成膜することを第１の特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、第１の特徴に加え、前記第１の光と第２の光の発光源は共通であることを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の特徴に加え、前記ガス配管は螺旋状に設けられていることを第３の特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、第１の特徴に加え、前記ガス配管は平面状に配置され、前記平面は前記第２の光の照射方向に面していることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の特徴に加え、前記ガス配管は複数の三叉路の分岐配管を有し、前記分岐配管における開閉を選択して前記処理用ガスの前記ガス配管に流れる長さを変えることを第５の特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、第１の特徴に加え、前記加熱は加熱された不活性ガス、または前記プリミックス部の周囲に敷設された熱線で行なうことを第６の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の特徴に加え、前記第１の透過窓は前記処理室を内外に隔てる隔壁に設けられていることを第７の特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、成膜の生成効率を向上できる光ＣＶＤ法を用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面を表す模式図である。
【図２】本発明のプリミックスの第１の実施例を有する処理ガス前処理部２０を示す図である。
【図３】本発明のプリミックスの第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明のプリミックスの第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１の垂直断面を表す模式図である。基板処理装置１は、大別して、減圧した状態で基板Ｐを処理する処理室１０と、処理室１０に処理ガスを供給する処理ガス前処理部２０と、処理室１０の処理ガスに真空紫外光３１を照射する発光部３０と、処理室１０の下方に設けられた排気室４０と、これら室、部を制御する制御装置５０を有する。
【００１３】
処理室１０は、基板処理時に基板Ｐが載置される基板載置部１１と、基板Ｐに所定のパターンのＣＶＤ膜を形成するためのマスク１２と、基板Ｐとマスク１２との位置合わせ情報に基づき基板Ｐ(基板載置部１１)の位置・姿勢を変えるアライメント駆動部１３と、処理用ガスを処理室１０内へ供給するガス供給部１４と、ガス供給部１４を処理室の上部に固定する保持枠１５とを有する。
上記の処理室１０の構成において、基板載置部１１内には、基板載置部１１を冷却し、基板Ｐを冷却するための冷却用配管１１ａが内蔵されている。冷却用配管１１ａには、例えば水等の冷媒が循環される。基板Ｐを冷却する理由は、光ＣＶＤ法を用いる場合、高温部には成膜されないためである。例えば、ＴＥＯＳ（Tetra  Ethoxy  Silane）を処理ガスとして用いる場合は、約１００℃以上では成膜が大幅に抑制される。
【００１４】
ガス供給部１４は、処理用ガスを処理室１０内の上部にマトリックス上に敷設されたガス配管１４ａと、ガス配管１４ａの、例えばマトリックスの交点にある複数のガス導入口１４ｃとを有する。このように、ガス導入口１４ｃを設けることにより、基板Ｐ表面に堆積される流れる成膜ガスの分布を制御することが容易となり、基板Ｐ上に堆積されるＣＶＤ膜の基板面内の膜厚均一性を向上することができる。
【００１５】
発光部３０は、波長１７２ｎｍの真空紫外光３２を発生する発光源３１と、保持枠１５に真空シール３４を介して設けられた合成石英製の透過窓３３とを有する。真空紫外光３１は透過窓３３を透過して処理室１０内に照射される。透過窓３３は保持枠１５を介して１００℃以上に加熱されている。
前記透過窓３３は前記処理室を内外に隔てる隔壁に設けたが、発光源３１毎に透過窓を設け、発光源３１を真空シールして前記隔壁から突き出るように設けてもよい。
【００１６】
排気室４０には、排気口４１ａ、４１ｂが設けられている。処理室１０内のガスは、基板載置部１１と処理室１０の側壁との間の空間を通り、排気室４０に達する。排気口４１ａ、４１ｂには、排気管４２が接続され、排気管４２には圧力調整バルブ４３と真空ポンプ４４が接続されている。圧力調整バルブ４３は、処理室１０内の圧力を調整する。排気口４１ａ、４１ｂ、排気管４２、圧力調整バルブ４３、真空ポンプ４４から、処理室１０内のガスを処理室外へ排気するガス排気部が構成されている。排気口は４隅に設けた方が望ましい。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴の一つである処理ガス前処理部２０の実施形態について説明する。図２はプリミックスの第１の実施例を有する処理ガス前処理部２０を示す図である。
処理ガス前処理部２０は、成膜用処理ガスＡと成膜(堆積)ガスの酸化剤ガスＢを混合し、供給する処理用ガス供給部２１と、２種類の処理用ガスから一部成膜ガスを生成するプリミックス部２２と、クリーニングプラズマ供給部２３と、それらを連結し、ガスの流れを制御するバルブ２５、２６とを有する。２４は、処理用ガス供給部２１とクリーニングプラズマ供給部２３とを併せた処理ガス等供給部である。
【００１８】
２種類の処理用ガスＡ、Ｂの処理用ガス供給管２１Ａｄ、２１Ｂｄには、それぞれのガス流れを開閉するためのバルブ２１Ａａ、２１Ｂａ、ガス流量を制御するための流量制御装置２１Ａｂ、２１Ｂｂ、処理用ガスの供給源である処理用ガス供給源２１Ａｃ、２１Ｂｃが、この順に接続されている。２つの処理用ガスＡ、Ｂは混合され、選択バルブ２５を介してプリミックス部２２の入口管２２ｎに入る。なお、本実施例では、成膜用処理ガスＡとしてＴＥＯＳ-Ｏ２を、平坦性の度合いを制御する酸化剤ガスＢとしてＯ２を用いる。成膜用処理ガスＡとしてＯＭＣＴＳ（Oct Methyl Cyclotetrasiloxane）やＨＭＤＳＯ（Hexa Methyl Disiloxane）やＴＭＣＴＳ（Tetra Methyl Cyclotetrasiloxane）を用いることもできる。例えばＯＭＣＴＳを成膜用処理ガスＡとして用いた場合には、平坦性の度合いを制御する酸化剤は不要となる。なお、クリーニングプラズマ供給部２３において、クリーニングガス供給管２３ｄには、クリーニングガスをプラズマにするリモートプラズマ発生装置２３ａ、ガス流量を制御するための流量制御装置２３ｂ、クリーニングガスの供給源である処理用ガス供給源２３ｃが、この順に接続されている。
【００１９】
プリミックス部２２は、螺旋状の形状を有する合成石英製のプリミックス配管２２ａと、発光部３０と同様に、波長１７２ｎｍの真空紫外光２２ｂを発生する発光源２２ｃと、合成石英製の透過窓２２ｄと、加熱ガス２２ｇを流す入口配管２２e、出口配管２２ｆとを有する。加熱ガス配管２２ｅから供給される加熱ガス２２ｇは、プリミックス配管２２ａを加熱し内部に流れるガスを１００℃以上に保持する。なお、プリミックス部２２は、処理室同様に減圧に保持してもよい。
【００２０】
真空紫外光２２ｂをプリミックス配管２２ａに照射すると、真空紫外光２２ｂはプリミックス配管２２ａを透過し、プリミックス配管２２ａ内に流れるＴＥＯＳ-Ｏ２とＯ２の処理用ガスに作用する。しかし、Ｓｉ−Ｏは、その結合エネルギーが真空紫外光２２ｂの光子エネルギーよりも高いので、分断されずに残る。
光によって作り出された活性種である酸化膜ＳｉＯガスの励起状態は、数千回の衝突、散乱を経ても成膜に必要なエネルギーを持っている。それ故、光ＣＶＤでは、ＰＥＣＶＤ(Plasma-enhanced  Chemical  Vapor  Deposition)と異なり、活性種である成膜ガスの空間拡散距離が大きく、また寿命も長いので、真空紫外光の分解ポイントであるプリミックス部２２から、成膜ポイントが遠くても、大きな問題にならない
また、プレミックス部２２で全て処理用ガスが反応するのでなく、ある割合いで反応する。その割合を得るためにはある程度プリミックス配管２２ａの長さが必要であり、そのために、本実施例ではプリミックス配管２２ａを螺旋状としている。
【００２１】
以上のように形成された成膜ガス(酸化珪素ガス：ＳｉＯ）は、２種類の成膜用ガス及び結合が分断されたガスと共に混合ガスを形成する。この混合ガスは、不活性ガスＮ２等で加熱され１００℃以上に保持され、成膜することなく処理室１０にはいる。
【００２２】
処理ガス前処理部２０で形成された混合ガスは、ガス配管１４ａを流れ、各ガス導入口１４ｃから処理室内に分散される。分散された混合ガスのうち既にプリミックス部２２で成膜ガスとなっている成膜ガスは直ちに冷却されている基板Ｐ上に堆積される。一方、分散された混合ガスのうち処理用ガスは、発光源３１からの真空紫外光３２によって、プレミックス部２２での反応と同様に、順次成膜ガスが形成され基板Ｐ上に堆積していく。そして、プレミックス部２２で形成された成膜ガスと処理室１０で形成された成膜ガスとによって基板Ｐ上に膜を形成する。
【００２３】
なお、以上の成膜処理を行うと、基板Ｐだけでなく、基板載置部１１や透過窓支持部１６や透過窓３３にも成膜されてしまう。そのため、成膜処理後に基板Ｐを処理室１０から搬出した後、図２に示すクリーニングプラズマ供給部２３により、処理室１０内及び多少成膜の可能性のあるプリミックス部２２にクリーニング用ガスを流して、プリミックス部２２及び処理室１０内に付着した堆積膜を除去するクリーニング処理を行う。クリーニング用ガスとしては、ＮＦ３ガス等を用いる。
【００２４】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、予めプレミックス部で形成された成膜ガスが、直ちに堆積するので、遅れて処理室で形成された成膜ガスと相まって、効率よく基板上に膜を形成できる。
【００２５】
図３及び図４は、プリミックス部２２を他の実施例を示した図である。処理ガス前処理部２０の他の構成は実施例１と同じである。図３、図４において、図２と同一構造を有するものは同一符号を付している。以下、プリミックス部２２で異なる点を説明する。
図３に示すプリミックス部２２の第２の実施例は、第１の実施例では、プリミックス部２２内を加熱するために、不活性ガスＮ２をプリミックス部２２内に流したが、第２の実施例ではプリミックス部２２の周囲に熱線２２ｈを配線し、プリミックス部２２内を加熱する。
【００２６】
図４に示すプリミックス部２２の第３の実施例は、三叉路を形成するＵ字管を有する複数のプリミックス配管でプリミックス配管群２２ｊを構成し、処理用ガスの入口側にある入口側Ｕ字管２２ｐと、出口側にある出口側Ｕ字管２２ｑにそれぞれにバルブ２２ｋ、２２ｍを設けている。
処理用ガスは、それぞれのガスの真空紫外光２２ｂの吸収係数が異なるので、処理用ガスの種類によって必要なプリミックス配管の長さは異なる。第３の実施例はこれに応える例である。上記の構成において、入口側Ｕ字管２２ｐのバルブ２２ｋを操作することにより、処理用ガスの任意の位置から流入させ、出口側Ｕ字管２２ｑのバルブ２２ｍを操作することにより、処理用ガスの任意の位置から流出することができる。この結果、プリミックス部２２内のプリミックス配管の長さを調節できる。
【００２７】
図４においては説明を分かり易くするためにプリミックス配管群２２ｊ配管を真空紫外光２２ｂに対して縦方向に配置しているが、プレミックス部２２を薄くするために、真空紫外光２２ｂに対して横方向になるよう配置することもできる。
第３の実施例では、入口側Ｕ字管２２ｐと出口側Ｕ字管２２ｑにそれぞれにバルブ２２ｋ、２２ｍを設けたが、どちらか一方側にバルブを設けてもよい。
【００２８】
図５は本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１Ａの垂直断面を表す模式図である。図５において、図１と同一構造を有するものは同一符号を付している。
第２の実施形態の基板処理装置１Ａと第１の実施形態の基板処理装置１とで大きく異なる点はプレミックス部２２Ａを処理室１０と発光部３０との間に設けた点である。このプレミックス部２２Ａに、図２と同様に加熱ガス２２ｇを流す入口配管２２e、出口配管２２ｆとを、プリミックス部２２Ａの対角位置に設けている。プレミックス配管２２ａの入口管２２ｎは、処理用ガス等を供給する図２に破線内で示す処理ガス等供給部２４に接続されている。また、プレミックス配管２２ａの他端は、バルプ２２ｖを介してガス配管１４ａに接続されている。なお、プレミックス配管２２ａは、発光部３０から基板Ｐへの光を遮蔽しない位置に設けるのが望ましい。
【００２９】
プレミックス部２２Ａの加熱ガスは透過窓３３も加熱するので、透過窓３３用の加熱手段を別途設ける必要がなく、透過窓３３における成膜を防ぐことができる。
また、プレミックス部２２Ａの加熱方法として、図３に示した熱線による方法も用いることができる。また、第２の実施形態の基板処理装置１Ａにおいても、図４におけるプレミックス配管２２ａの長さを可変にする方法を用いることができる。
【００３０】
また、第２の異なる点は、プレミックス部２２を真空領域とすることで、真空室である処理室１０との差圧を小さく抑えることができ、合成石英で構成された透過窓３３の厚さを薄くできる。
【００３１】
さらに、第３の異なる点は、ガス導入口１４ｃを先端に有するガスノズル１４ｂを設けている点である。プレミックス部２２Ａで事前に一部の成膜ガスを生成しているので、プレミックスがない場合よりも、ガス導入口１４ｃを基板載置部１１に近づけることができる。この結果、基板Ｐ上を流れる成膜ガスの分布をよりよく制御でき、基板面内の膜厚均一性も向上することができる。
【００３２】
以上説明したように、第２の実施形態においても、予めプレミックス部で形成された成膜ガスが、直ちに堆積するので、遅れて処理室で形成された成膜ガスと相まって、効率よく基板上に膜を形成できる。
【符号の説明】
【００３３】
１、１Ａ：基板処理装置                    １０；処理室
１１：基板載置部                          １１ａ：冷却用配管
１２：マスク                              １４：ガス供給部
１４ａ：ガス配管                          １４ｂ：ガスノズル
１４ｃ：ガス導入口                        ２０：処理ガス前処理部
２１：処理用ガス供給部                    ２２、２２Ａ：プリミックス部
２２ａ、２２ｊ：プリミックス配管
２２ｂ：プリミックス部における真空紫外光  ２２ｃ：プリミックス部の発光源
２２ｄ：プリミックス部の合成石英製の透過窓
２２ｇ：加熱ガス                          ２２ｈ：熱線
２２ｋ：入口側Ｕ字管のバルブ              ２２ｍ：出口側Ｕ字管のバルブ
２３：クリーニングプラズマ供給部          ２４：処理ガス等供給部
３０：発光部                              ３１：発光源
３２：真空紫外光                          ３３：合成石英製の透過窓
３４：真空シール                          ４０：排気室
４１、４１ａ、４１ｂ：排気口              ５０：制御装置
Ｐ：基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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