JP5772736B2 - 原子層蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子層蒸着（Atomic layer deposition、以下ＡＬＤという）法による薄膜層の形成を行うＡＬＤ装置に関するものである。

従来より、ＡＬＤ法を用いて薄膜層の形成を行うＡＬＤ装置がある（例えば、特許文献１参照）。ＡＬＤ法では、原子層を１層ずつ蒸着（堆積）することによって保護膜などの薄膜層を形成する。従来のＡＬＤ装置は、真空容器内に反応チャンバを設置すると共に、反応チャンバ内に薄膜層の形成対象となる基板の輸送ロッドが配置された構成とされている。そして、真空容器内を減圧して真空状態に近づけた状態にしつつ、基板を加熱すると共に反応チャンバ内に薄膜層形成用のガスを導入し、反応チャンバ内での気相成長により薄膜層を形成している。

このようなＡＬＤ装置には、真空容器内に反応チャンバが設置されているのに加えて、基板の昇降や基板加熱用の加熱機構が備えられると共に、マスクおよび基板を上下させる上下機構などが備えられている。

特開２００１−２００７５号公報

上記した従来のＡＬＤ装置を用いて、有機ＥＬ装置のように素子部は覆われるようにしつつ素子部から引き出された端子は覆われないように薄膜層を形成する場合、基板表面にマスクを設置して薄膜層を形成するマスク成膜が必要になる。そして、アライメント機構を設けて基板とマスクとの位置合わせ（アライメント）を行うことが必要になる。

しかしながら、従来のＡＬＤ装置に対してアライメント機構を設けると、反応チャンバが大きくなり、ガス導入が行われる反応チャンバ内の容積が大きくなるため、材料効率（ガス導入量に対する薄膜層形成への寄与割合）を低下させることになる。また、アライメント確認をＣＣＤカメラなどによる画像撮影によって行うことになるが、ＣＣＤカメラの窓に膜が付き、成膜が進むとアライメントが困難になる。また、反応チャンバ内の形状が複雑になるため、ガス供給制御が難しくなる。さらに、ＥＬ素子が作り込まれた基板に薄膜層を形成する工程を１枚１枚の基板に対して順に行う枚葉式の場合には、反応チャンバへの基板投入後に基板の加熱を行う際のタクト時間が長くなる。

本発明は上記点に鑑みて、反応チャンバの容積を小さくできるようにして材料効率が向上させられると共に、薄膜層の成膜が進んでもアライメントが的確に行え、かつ、ガス供給制御も容易に行うことができるＡＬＤ装置を提供することを第１の目的とする。それに加えて、タクト時間を短時間にすることが可能なＡＬＤ装置を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、上部ベース（１２）と下部ベース（１３）とを有し、該上部ベースと下部ベースとが組み合わさることによって構成される反応チャンバ（１１）が収容される第１チャンバ（１）と、第１チャンバに併設されていると共に該第１チャンバと繋がっており、マスク（３１）を基板（３０）上に配置してアライメント調整を行うアライメント調整機構（２１）が備えられた第２チャンバ（２）と、下部ベースを第２チャンバから第１チャンバに移動させる移動制御部（４）と、を備え、下部ベースを基板およびマスクのフォルダとして、第２チャンバ内に下部ベースを配置しているときに基板上にマスクを配置してアライメント調整を行い、移動制御部にて下部ベースを基板およびマスクと共に第１チャンバに移動させ、下部ベースと上部ベースとを組み合わせることで反応チャンバを構成することを特徴としている。

このように、ＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行う第１チャンバと、アライメント調整を行う第２チャンバとを別々のチャンバに分割している。このため、ＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行う反応チャンバ内にアライメント調整機構を備える必要がなくなるため、反応チャンバ内の容積を小さくすることが可能となり、材料効率を向上させることができる。また、アライメント調整機構が反応チャンバとは異なる第２チャンバに備えられることから、反応チャンバ内のガスの影響を受けることはないし、反応チャンバの形状も簡素化できる。このため、薄膜層の成膜が進んでもアライメントを的確に行うことができ、かつ、ガス供給制御も容易に行うことができる。

請求項２に記載の発明では、下部ベースおよびマスクは複数個備えられ、第２チャンバに複数の下部ベースおよびマスクがストックされていることを特徴としている。

このように、第２チャンバに複数の下部ベースおよびマスクがストックされるようにすれば、反応チャンバでのＡＬＤ法による薄膜層の成膜中にもアライメント調整を並行して行うことができる。

この場合において、請求項３に記載したように、第２チャンバに下部ベースを第１チャンバに移動させる前に予備加熱を行う加熱機構（２０）を備えるようにすれば、反応チャンバでのＡＬＤ法による薄膜層の成膜中にも予備加熱を並行して行うことができる。したがって、タクト時間を短時間にすることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＡＬＤ装置の断面模式図である。 図１のＡＬＤ装置に備えられる反応チャンバの斜視模式図である。 図１のＡＬＤ装置に備えられる反応チャンバ内に基板およびマスクを設置して薄膜層を成膜するときの様子を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかるＡＬＤ装置について、図１、図２および図３を参照して説明する。

図１に示すように、ＡＬＤ装置は、第１チャンバ１と第２チャンバ２の２つのチャンバ１、２を備えた構成とされている。第１チャンバ１は、ＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行うチャンバとして用いられ、第２チャンバ２は、第１チャンバ１に併設され、アライメント調整および予備加熱を行うチャンバとして用いられる。

第１チャンバ１は、反応チャンバ１１を収容してＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行うものであるが、アライメント調整前の状態においては反応チャンバ１１のうちの上部ベース１２のみを収容している。上部ベース１２は、反応チャンバ１１における蓋体を構成するものであり、上面を構成する四角板状部の下側に四角枠体状の側面が備えられた長方体形状にて構成されている。上部ベース１２には、図２に示すように、図１における紙面垂直方向に空けられたガス導入口１２ａとガス排出口１２ｂとが備えられ、ガス導入口１２ａを通じて図示しないガス供給装置から供給される薄膜層形成用のガスを導入し、ガス排出口１２ｂより未反応ガスなどを排出させる。この第１チャンバ１には、真空装置１４が取り付けられており、真空装置１４による真空吸引によって減圧雰囲気とされ、反応チャンバ１１内も含めて真空状態にできるように構成されている。

反応チャンバ１１には、上部ベース１２以外に下部ベース１３が備えられている。下部ベース１３は、第１チャンバ１と第２チャンバ２との間を移動可能とされている。具体的には、第１チャンバ１と第２チャンバ２とは連絡通路３によって連結されており、この連絡通路３を通じて、下部ベース１３が第１チャンバ１と第２チャンバ２との間を移動できる構成とされている。そして、下部ベース１３をフォルダとして下部ベース１３上に基板３０およびマスク３１が搭載され、下部ベース１３を移動させることにより、基板３０およびマスク３１が第２チャンバ２から第１チャンバ１に移動できるようになっている。

具体的には、図１および図２に示すように、下部ベース１３は、板状部材によって構成されており、その表面（基板３０の設置面）のうち上部ベース１２が搭載される部分にエラストマーなどで構成されたＯリングなどのシール部材１３ａを備えた構成とされている。このようなシール部材１３ａを備えることにより、上部ベース１２と下部ベース１３との間がシール部材１３ａによって密閉され、気密性が保持できるようになっている。また、下部ベース１３の表面のうちシール部材１３ａよりも内側には、基板３０と対応する寸法のシール部材１３ｂが備えられている。このシール部材１３ｂも、例えばＯリングなどで構成され、基板３０と下部ベース１３との間の気密性を保持し、ＡＬＤ法による薄膜層成膜時に使用するガスが基板３０の裏面側に回り込まないようにしている。

このような下部ベース１３の移動は、フォルダ移動制御部４によって行われる。フォルダ移動制御部４による下部ベース１３の移動としては、第１チャンバ１と第２チャンバ２との間の移動だけでなく、第１チャンバ１内における下部ベース１３の上下移動も行われる。この上下移動により、第１チャンバ１内に移動させられた下部ベース１３を上部ベース１２側に移動させ、図３に示すように上部ベース１２と下部ベース１３が組み合わされ、反応チャンバ１１が構成されるようになっている。

図示していないが、下部ベース１３やマスク３１は、同じ構造のものが複数個備えられており、第２チャンバ２内にストックされている。このため、１個の下部ベース１３を基板３０およびマスク３１と共に第２チャンバ２から第１チャンバ１に移動させたら続いて次の下部ベース１３が第２チャンバ２の所定位置、つまり基板３０を搭載してアライメント調整を行える位置に配置される。そして、１個の下部ベース１３を第１チャンバ１に移動させて薄膜層を形成している間に次の下部ベース１３上に基板３０を設置して、マスク３１のアライメント調整を行うと共に基板３０などの加熱を行うことが可能になっている。

また、反応チャンバ１１には、図示しない加熱機構が備えられており、ＡＬＤ法による薄膜層の形成の際には、加熱機構により、反応チャンバ１１内に配置される基板３０などの加熱が行えるようになっている。後述するように反応チャンバ１１の気密性保持や下部ベース１３と基板３０との間の気密性保持をエラストマーなどで構成されるシール部材１３ａ、１３ｂによって行っている。このため、高温によるシール部材１３ａ、１３ｂの劣化抑制のために、反応チャンバ１１に備えられる加熱機構は、２００℃以下の加熱温度での加熱を行う機構とされるのが好ましい。

第２チャンバ２は、内部空間に基板３０およびマスク３１を配置し、マスク３１を位置合わせすることで基板３０に対するマスク３１のアライメント調整を行い、マスク３１を基板３０の所望位置に搭載する。具体的には、アライメント調整時には下部ベース１３を第２チャンバ２内に移動させておいた状態で基板３０を載せ、基板３０の上方にマスク３１を設置する。この状態を第２チャンバ２の上方に配置したアライメント調整機構を構成する複数のＣＣＤカメラ２１にて撮影し、その撮影画像をアライメント調整部５に取り込みつつその撮影結果に基づいてマスク３１を基板３０の表面と水平方向に移動させて位置合わせを行う。すなわち、基板３０のうちＥＬ素子が形成された素子部をマスク３１の開口部から露出させつつ、端子がマスク３１によって覆われた状態となるようにする。このようにして、マスク３１を基板３０の所望位置に搭載させるアライメント調整が行えるようになっている。

また、第２チャンバ２には、加熱機構２０が備えられている。加熱機構２０は、例えば下部ベース１３を第２チャンバ２内に移動させたときに下部ベース１３の下方に位置するように設置され、基板３０を裏面側から予備加熱する。加熱機構２０は、ヒータ等、どのようなものであっても良い。ただし、後述するように反応チャンバ１１の気密性保持や下部ベース１３と基板３０との間の気密性保持をエラストマーなどで構成されるシール部材１３ａ、１３ｂによって行っている。このため、高温によるシール部材１３ａ、１３ｂの劣化抑制のために、２００℃以下での加熱を行う機構とされるのが好ましい。また、従来は高温仕様のため、気密性保持にはメタルシールを使用するが、低温仕様としてシール部材１３ａ、１３ｂにエラストマーシールを使うようにしている。このため、上部ベースと下部ベース１３を組合せ反応チャンバ１１とする際に精密な合わせ精度が必要なくなるという効果と、メタルシールと異なり複数回の使用が可能でコストダウンとなるという効果が得られる。

さらに、第２チャンバ２にも、真空装置２２が取り付けられており、真空装置２２による真空吸引によって減圧雰囲気とされ、真空状態にできるように構成されている。

以上のような構造により、本実施形態にかかるＡＬＤ装置が構成されている。続いて、このように構成されたＡＬＤ装置によるＡＬＤ法を用いた薄膜層の形成方法について説明する。

まず、基板３０に対して従来からある手法によりＥＬ素子を形成する。このとき、ＥＬ素子が形成された素子部からは、配線パターンなどによって構成される端子が引き出されるようにレイアウトする。続いて、下部ベース１３の１個を第２チャンバ２内の所定位置に設置し、その下部ベース１３にＥＬ素子を形成した基板３０を搭載する。

この後、加熱機構２０によって２００℃以下で予備加熱を行いながら、もしくは予備加熱前に、マスク３１を基板３０上に配置し、ＣＣＤカメラ２１の撮影画像に基づいて、アライメント調整部５にてマスク３１を基板３０の表面と水平方向に移動させてアライメント調整を行う。これにより、基板３０のうちＥＬ素子が形成された素子部をマスク３１の開口部から露出させつつ、端子がマスク３１によって覆われた状態となる。

このとき、マスク３１と基板３０とがこの後の工程で位置ズレしないように、マスク３１が基板３０側に固定されるようにすると好ましい。例えば、マスク３１を磁性体によって構成しておき、下部ベース１３を電磁石などで構成しておく。そして、アライメント調整が行われたときに下部ベース１３に通電してマスク３１を磁気吸引することで、マスク３１が基板３０側に固定されるようにできる。

このようにしてアライメント調整を終えると、加熱機構２０による予備加熱が行われた状態で、フォルダ移動制御部４にて基板３０およびマスク３１と共に下部ベース１３を第２チャンバ２から第１チャンバ１に移動させる。

そして、下部ベース１３が上部ベース１２の下方に到達したら、フォルダ移動制御部４にて下部ベース１３を上方に移動させ、シール部材１３ａを介して上部ベース１２と下部ベース１３とを組み合わせ、反応チャンバ１１を構成する。これにより、第１チャンバ１内に反応チャンバ１１が収容された状態となる。

その後、ガス供給装置を用いてガス導入口１２ａより反応チャンバ１１内に薄膜層形成用のガスを導入しつつ、未反応ガスをガス排出口１２ｂより排出しながら、ＡＬＤ法により基板３０のうちマスク３１で覆われていない部分に薄膜層を形成する。このとき、反応チャンバ１１の加熱も行うことになるが、その温度も２００℃以下となるようにすることで高温によるシール部材１３ａ、１３ｂの劣化を抑制できる。これにより、ＥＬ素子が形成された素子部が薄膜層で覆われ、素子部から引き出された端子は覆われないように薄膜層が形成される。このようにして、本実施形態にかかるＡＬＤ装置によって薄膜層を形成することができる。

以上説明したように、本実施形態のＡＬＤ装置によれば、ＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行う第１チャンバ１と、アライメント調整を行う第２チャンバ２とを別々のチャンバに分割している。このため、ＡＬＤ法による薄膜層の成膜を行う反応チャンバ１１内にアライメント調整機構を備える必要がなくなるため、反応チャンバ１１内の容積を小さくすることが可能となり、材料効率を向上させることができる。また、アライメント調整機構が反応チャンバ１１とは異なる第２チャンバ２に備えられることから、反応チャンバ１１内のガスの影響を受けることはないし、反応チャンバ１１の形状も簡素化できる。このため、薄膜層の成膜が進んでもアライメントを的確に行うことができ、かつ、ガス供給制御も容易に行うことができる。

さらに、本実施形態のＡＬＤ装置によれば、複数の下部ベース１３を備え、第２チャンバ２側で下部ベース１３に基板３０を設置してマスク３１のアライメント調整を行えると共に、加熱機構２０による予備加熱も行える。このため、反応チャンバ１１でのＡＬＤ法による薄膜層の成膜中にも他の基板３０やマスク３１および下部ベース３０に対してアライメント調整や予備加熱を並行して行うことができる。したがって、タクト時間を短時間にすることが可能となる。

また、反応チャンバ１１の一部を構成する下部ベース１３に基板３０およびマスク３１を搭載し、下部ベース１３を移動させることで第１チャンバ１と第２チャンバ２との間の移動に加えて、第１チャンバ１内における上下移動も可能としている。このため、下部ベース１３の移動機構が備えられていれば良く、基板３０およびマスク３１の移動のみに別途上下機構などを備える必要もない。よって、より反応チャンバ１１の容積を低減することが可能となり、材料効率の向上を図ることが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第１チャンバ１内に設置した反応チャンバ１１のガス導入口１２ａおよびガス導入口１２ｂが第１チャンバ１と第２チャンバ２の配列に対して垂直方向に並べられた状態となるようにしている。しかしながら、この形態は単なる一例であり、どのような形態でガス導入排出が行われても構わない。

また、上記実施形態では、下部ベース３１を電磁石とする場合について説明したが、電磁石に限るものではなく、永久磁石とすることもできる。その場合、下部ベース１３へ通電を行うための部品を無くせるため、装置の簡略化が図れる。勿論、下部ベース３１を磁石とする場合に限らず、マスク３１側を磁石にしたり、他の固定構造を適用することもできる。

また、上記実施形態では、基板３０にＥＬ素子が形成される場合を例に挙げて説明したが、ＡＬＤ法による薄膜層を形成するようなものであれば、どのようなものに対しても本発明を適用することができる。

１ 第１チャンバ
２ 第２チャンバ
３ 連通通路
４ フォルダ移動制御部
５ アライメント調整部
１１ 反応チャンバ
１２ 上部ベース
１３ 下部ベース
２０ 加熱機構
２１ ＣＣＤカメラ
３０ 基板
３１ マスク

Claims (5)

1. 基板（３０）の上に、所望位置が開口部とされたマスク（３１）を配置し、前記基板のうち前記マスクの開口部から露出した部分に原子層蒸着法によって薄膜層を成膜する原子層蒸着装置であって、
   上部ベース（１２）と下部ベース（１３）とを有し、該上部ベースと下部ベースとが組み合わさることによって構成されると共に前記原子層蒸着法によって薄膜層の成膜を行う反応チャンバ（１１）が収容される第１チャンバ（１）と、
   前記第１チャンバに併設されていると共に該第１チャンバと繋がっており、前記マスクを前記基板上に配置してアライメント調整を行うアライメント調整機構（２１）が備えられた第２チャンバ（２）と、
   前記下部ベースを前記第２チャンバから前記第１チャンバに移動させる移動制御部（４）と、を備え、
   前記下部ベースを前記基板および前記マスクのフォルダとして、前記第２チャンバ内に前記下部ベースを配置しているときに前記基板上に前記マスクを配置してアライメント調整を行い、前記移動制御部にて前記下部ベースを前記基板および前記マスクと共に前記第１チャンバに移動させ、前記下部ベースと前記上部ベースとを組み合わせることで前記反応チャンバを構成することを特徴とする原子層蒸着装置。
2. 前記下部ベースおよび前記マスクは複数個備えられ、前記第２チャンバに複数の前記下部ベースおよび前記マスクがストックされていることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着装置。
3. 前記第２チャンバには、前記下部ベースを前記第１チャンバに移動させる前に予備加熱を行う加熱機構（２０）が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の原子層蒸着装置。
4. 前記上部ベースと前記下部ベースとの間にはエラストマーにて構成されたシール部材（１３ａ）が配置され、該シール部材により前記上部ベースと前記下部ベースとの間が密着され、気密性が保持される構造とされており、
   前記反応チャンバには、２００℃以下の加熱温度での加熱を行う加熱機構が備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の原子層蒸着装置。
5. 前記マスクは磁性体によって構成されて、前記下部ベース側から磁石による磁気吸引によって前記マスクが前記基板に固定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の原子層蒸着装置。

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