特表 2022-554100 有機層を堆積させる方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-28

(54)【発明の名称】有機層を堆積させる方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20221221BHJP

   H01L 21/363 20060101ALI20221221BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20221221BHJP

   H05B 33/10 20060101ALI20221221BHJP

   H01L 51/40 20060101ALN20221221BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/363

H05B33/14 A

H05B33/10

H01L21/368 L

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022523403

(86)(22)【出願日】2020-10-28

(85)【翻訳文提出日】2022-04-19

(86)【国際出願番号】 EP2020080278

(87)【国際公開番号】W WO2021083956

(87)【国際公開日】2021-05-06

(31)【優先権主張番号】102019129176.3

(32)【優先日】2019-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】502010251

【氏名又は名称】アイクストロン、エスイー

(74)【代理人】

【識別番号】100095267

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 高城郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124176

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 典子

(72)【発明者】

【氏名】ギーゼ、ヘルマン・アルベルト

(72)【発明者】

【氏名】ゲオルギ、アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】ビンデル、ヤン・ラファエル

(72)【発明者】

【氏名】ズブラマニアム、ディネシュ・カンナ

(72)【発明者】

【氏名】シェーファー、トビアス

(72)【発明者】

【氏名】カイパー、ディートマール

(72)【発明者】

【氏名】ヴュルツィンガー、オラフ・マルティン

【テーマコード（参考）】

3K107

4K030

5F053

5F103

【Ｆターム（参考）】

3K107AA01

3K107CC33

3K107CC42

3K107FF16

3K107FF18

3K107GG03

4K030EA05

4K030EA06

4K030EA08

4K030KA12

5F053AA50

5F053DD19

5F053FF01

5F053GG03

5F053LL01

5F053RR20

5F103AA10

5F103BB06

5F103BB60

5F103DD25

5F103GG03

5F103LL02

5F103RR10

(57)【要約】

本発明は、基板（１６）上に有機層を堆積させる装置に関し、当該装置は、キャリアガスにより搬送され３００ｇ／ｍｏｌ又は４００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ各々予め気化された有機分子からなるガス流（Ｆ１、Ｆ２）を供給するための１つ以上の入口（２，２’）とガス混合装置（１）と、ガスを複数回、転向させることによってキャリアガス中で有機分子を均一に混合するガス転向器（７）と、均一なガス混合物が放出される出口（８）とを有する。装置はまた、出口（８）に接続された搬送パイプ（９）と、ガス分配空間（１１）を有するガス入口部材（１０）とを有し、ガス分配空間内に搬送パイプ（９）が導入され、ガス分配空間は、ガス出口孔（１２）を具備し、かつ基板（１６）を受容する基板ホルダー（１５）に対向するガス出口面（１３’）を有する。さらに本発明は、このような装置を用いて基板上に層を堆積させる方法に関する。堆積層の横方向の均一性を向上させるために、本発明は搬送パイプ（９）内の平均流速（Ｖｍ）が、搬送パイプ（９）が然るべく形成された拡散影響手段（２５）を有するか、又は、圧力バリア（２０）がガス入口部材（１０）に対向する端部にて搬送パイプ（９）上に設けられるように選択されることを提示する。それによって、横方向への不均一な層成長をもたらす搬送パイプ（９）の断面の中心へと向かう有機分子の分離拡散が、搬送パイプ（９）内で少なくとも抑制されかつ好ましくは回避される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に層を堆積するための方法であって、キャリアガスによって搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ有機分子からなるガス流（Ｆ１、Ｆ２）が、ガス混合器（１）の１つ以上の入口（２、２’）の各々にそれぞれ供給され、１つ以上の前記ガス流（Ｆ１、Ｆ２）の前記分子は、ガス転向器（７）により複数回、転向させられてキャリアガス中で均一に混合され、そのようにして生成されたガス混合物（Ｆ３）が、前記ガス混合器（１）の出口（８）から搬送パイプ（９）へと誘導され、前記搬送パイプ（９）を通ってガス入口部材（１０）のガス分配空間（１１）へと搬送され、前記ガス分配空間（１１）のガス出口孔（１２）を通ってサセプタの方へと出され、かつ、前記分子が、基板ホルダー（１５）により受容される基板上に有機層として堆積させられる、前記方法において、
前記搬送パイプ（９）内において前記搬送パイプ（９）の断面中心に向かう、横方向の不均一な層成長をもたらす前記有機分子の分離拡散が、少なくとも抑制され好ましくは回避されるように、前記搬送パイプ（９）内の平均流速（ｖ_ｍ）がそのように選択されるか、前記搬送パイプ（９）がそのように構成された拡散影響手段（２５）を有するか、又は、前記ガス入口部材（１０）に対向する前記搬送パイプ（９）の端部にそのための圧力バリア（２０）が設けられることを特徴とする方法。

【請求項2】

基板（１６）上に有機層を堆積させるための装置であって、キャリアガスにより搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ有機分子からなるガス流（Ｆ１、Ｆ２）をそれぞれ供給するための１つ以上の入口（２、２’）を具備するガス混合器（１）と、前記有機分子が複数回の転向によってキャリアガス中で混合されるガス転向器（７）と、均一なガス混合物が出る出口（８）とを備えると共に、前記出口（８）に連結された搬送パイプ（９）と、前記搬送パイプ（９）がその中に開口する分配空間（１１）を具備するガス入口部材（１０）とを備え、前記分配空間（１１）は、ガス出口孔（１２）を含むガス出口面（１３’）を具備し、前記ガス出口面（１３’）は基板（１６）を受容する基板ホルダー（１５）に対向する、前記装置において、
前記搬送パイプ（９）が、
所定の断面積を有するか、所定の構成の拡散影響手段（２５）を有するか、又は、前記ガス入口部材（１）に対向するその端部に所定の圧力バリア（２０）を設けられていることによって、前記搬送パイプ（９）の断面中心に向かう、横方向の不均一な層成長をもたらす有機分子の分離拡散が少なくとも抑制され好ましくは回避されること特徴とする装置。

【請求項3】

前記圧力バリア（２０）が、前記ガス分配空間（１１）の内部の特に環状スロットルであることを特徴とする請求項１に記載の方法又は請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記圧力バリア（２０）が、ガス通過孔（２２）を設けられ特に円筒周面上に延在するプレートであることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項5】

前記圧力バリア（２０）が、開孔した発泡体（２４）を有することを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項6】

前記拡散影響手段（２５）が、前記搬送パイプ（９）の少なくとも半径方向に作用しかつ軸方向に延在するバリアを有することを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項7】

前記搬送パイプ（９）内の全圧（Ｐ３）、前記搬送パイプ（９）を通過する前記混合物のマスフロー、及び前記搬送パイプ（９）の直径（Ｄ）は、前記平均流速（ｖ_ｍ）が４０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ未満であり、又は好ましくは１０ｍ／ｓ未満であるように選択されることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項8】

前記ガス分配空間（１１）の全圧（Ｐ０）が、好ましくは０．９ｍｂａｒ、０．６ｍｂａｒ、又は０．１ｍｂａｒ未満であることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項9】

以下のパラメータにより以下の不等式を満たし、その場合、ａは分子依存値であってＡＬＱ_３では４９．６２Ｍ／ｓであり、Ｃ＝１．５×１０^７×π、及び、比δｇ／ｇ_ｍは最大許容不均一さであり、特に平均層厚からの層の任意の点における層厚の偏差であり、δｇ／ｇ_ｍは好ましくは０．５％又は１％であることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。
Ｑ：前記搬送パイプ（９）を通るガス流（標準圧力Ｐ_０及び標準温度Ｔ_０下でのｓｃｃｍ）
Ｔ：前記搬送パイプ（９）内のガスの温度
Ｐ：前記搬送パイプ（９）内のガスの圧力
ｄ：前記搬送パイプ（９）の円等価断面の直径

【数1】

【請求項10】

キャリアガスの流れの中に導入された有機分子からなるエアロゾル粒子をそれぞれ気化するために少なくとも２つの気化器（６）を有することを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項11】

互いに異なる有機分子の前記エアロゾル粒子が、異なる温度で気化されることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項12】

互いに異なる有機分子の前記エアロゾル粒子が、異なる全圧で気化されることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項13】

互いに異なる有機分子の前記エアロゾル粒子が、前記ガス混合器の互いに異なる入口（２、２’）に供給されることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項14】

第１の温度制御装置（２６）及び第２の温度制御装置（２７）を有し、前記第１の温度制御装置（２６）により前記ガス混合器（１）が第１の温度に制御され、前記第２の温度制御装置（２７）により前記搬送パイプが第２の温度に制御されることを特徴とする前出請求項のいずれかに記載の方法又は装置。

【請求項15】

前出請求項のいずれかの特徴付ける特徴の１つ以上を特徴とする装置又は方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に層を堆積させる方法に関し、キャリアガスにより搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００ｇ／ｍｏｌより大きい有機分子からなるガス流がガス混合器の１つ以上の入口に供給され、１つ以上のガス流の分子は、ガス転向器を用いて複数回、転向させられてキャリアガス中で均一に混合され、そのようにして生成された混合物がガス流としてガス混合器の出口から搬送パイプに出され、搬送パイプによりガス入口部材のガス分配空間に搬送され、ガス分配空間のガス出口孔を通ってサセプタの方に出て行き、そしてその分子は、基板ホルダーにより受容された基板上に有機層として堆積させられる。

【0002】

本発明はさらに、その方法を実行するための装置に関し、キャリアガスにより搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００ｇ／ｍｏｌより大きい有機分子からなるガス流を１つ以上の入口の各々に供給されるガス混合器と、ガス流を複数回、転向させることにより均一に互いに混合させるガス転向器と、均一なガス混合物が出る出口とを備え、その出口に連結された搬送パイプを備え、かつ、搬送パイプがその中に開口するガス分配空間を有するガス入口部材を備え、ガス分配空間はガス出口孔を具備するガス出口面を有し、ガス出口面は、基板を受容する基板ホルダーに対向している。

【背景技術】

【0003】

２つの異なるガスが混合器で混合され、搬送パイプを通して、シャワーヘッド形状のガス入口部材へと搬送される、基板上に層を堆積するための装置が、特許文献１に示されている。キャリアガスと共にシャワーヘッドのガス分配空間に搬送されるエアロゾルを気化するための装置は、特許文献２から知られている。

【0004】

特許文献３は、蒸気を生成するための装置を開示しており、その蒸気は搬送パイプを通してガス入口部材に誘導される。

【0005】

特に有機材料からなる層、特にＯＬＥＤ用の大面積の成膜は、搬送パイプにより供給されるガス分配空間を有するシャワーヘッド形状のガス入口部材を用いて行われる。ガス混合システムを用いて、３００ｇ／ｍｏｌより大きい又は４００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ分子、特にＡＬＱ_３分子の蒸気の均一な混合物を、キャリアガスに混合する。この混合物のガス流は、搬送パイプに供給される。その搬送パイプから出たガス流は、ガス分配空間の内部で分配され、ガス出口プレートのガス出口孔からプロセスチャンバ内に出て行く。ガス出口孔は、層が堆積される基板に対向している。従来技術では、ガス分配室もしくは搬送パイプ、又はプロセスチャンバの内部の全圧は約１ｍｂａｒで稼動されている。

【0006】

実験では、ガス分配室の内部の全圧を下げると、層成長又は層組成の横方向の不均一性が観察された。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１４１０６５２３号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１４１０９１９６号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１２／１７５１２８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、層成長又は層組織において観察される横方向の不均一性を生じさせることなく、プロセスチャンバ及びガス分配室の内部の全圧を１ｍｂａｒ以下に低減することができる手段を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、特許請求の範囲に示された発明によって解決され、従属項は、各従属項に示された発明の有利なさらなる発展を示すだけでなく、課題の独立した解決手段を示す。

【0010】

本発明は、横方向の不均一性が、搬送パイプ内における供給される混合物の分離に起因するという認識に基づいている。搬送パイプを通って流れるとき、中心領域において気化分子の濃度が上昇する。大きな分子の濃度勾配が、中心から縁部に向かって形成される。この濃度勾配は、流れに対して垂直な方向に向かう拡散（交差拡散）に起因しており、その原因は、搬送パイプの断面内における温度の不均一にある。特に、搬送パイプにおけるガス混合器に隣接する部分の領域には、搬送パイプの内部に放物線状の流れが形成される。このことがガスの局所的な加速又は減速を生じさせる。ガス流に関連する局所的なエネルギー変化は断熱的に発生する結果、ガスが加速される領域の温度が低下する。これは、特に、ガス流の中心に該当し、その結果、搬送パイプの縁部から中心に向かって降下する温度勾配が形成される。これが、中心に向かう大きい有機分子の熱拡散（熱泳動）の原因である。中心に向かう分離のもう１つの理由は、搬送パイプの縁部から中心に向かって減小する、流れの剪断応力勾配である可能性がある。

【0011】

調査、特にモデル計算は、流速が上限値を超えず、かつ／又は、搬送パイプの直径とその中の流れの平均速度との比が下限値以上である場合は、観察された分離が回避されることを示した。平均流速のマッハ値は、可能であれば０．１未満とすべきである。したがって、平均流速は、特に、４０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ、又は１０ｍ／ｓ未満とすべきである。搬送パイプを通るガス流量、搬送パイプ内の圧力、搬送パイプの温度、及び搬送パイプの直径を引数とする関数の値は、堆積される層において最大許容される不均一性に依存する限界値未満とすべきである。層の最大の不均一性（平均値からの最大偏差と層厚の平均値との比）は、例えば０．５％を超えてはならず、又は、１％を超えてはならない。

【0012】

これを達成するために、特に、０．５ｍｂａｒ又は１ｍｂａｒの領域の圧力まで、搬送パイプ内の圧力を高める手段が提示される。これを達成するための圧力バリアが、好ましくは搬送パイプの端部に配置され、特にガス分配空間の内部に配置される。圧力バリアは、空間を取り囲み、ガス貫通孔を具備して環状に形成されたプレートを有することができ、その中に、搬送パイプを通って搬送されたガス混合物が供給される。ガス混合物は、ガス通過孔を通ってガス分配空間に入る。
圧力バリアは、床で閉じられた空間を取り囲み、ガス貫通孔を設けられた環状本体を有することができる。その場合、その床は、好ましくはガス貫通孔を有しておらず、搬送パイプの開口に対向している。圧力バリアのために、ガス分配室内の圧力は、好ましくは１ｍｂａｒ又は０．５ｍｂａｒを超え得る搬送パイプ内の圧力の２分の１、４分の１、又は８分の１未満であり得るが、搬送パイプ内の圧力の１／１０又は１／２０未満ではないことが好ましい。しかしながら、流速又は上述した比を設定するために、搬送パイプの直径をそれに応じて大きくするよう設計することも可能である。
さらに、流れの方向に交差する方向への大きい分子の拡散を抑制するか又は回避するために、拡散影響手段が設けられる。拡散影響手段は、搬送パイプを通過する流れを複数の平行な部分流に、例えば同心状の流れに分離する物理的バリアとすることができる。その拡散影響手段は、互いに入れ子状となった管とすることができ、かつ／又は、搬送パイプの全長に亘って延在している。

【0013】

ガス混合器は、キャリアガス中の有機蒸気の混合物が供給される少なくとも１つの入口を有する。ガス混合器が、ガス流が複数回、転向される複数のガス転向要素を有することによって、可能な限り最も完全な混合物が、ガス混合器の出口で形成される。特に、ガス混合器が２つ以上の入口を有し、それらを通して互いに異なる有機分子の混合物が供給されることが提示される。固体又は液体を気化することによって様々な有機分子を蒸気形態とすることができる。このために、１つのエアロゾルを発生するエアロゾル発生器がそれぞれの場合に用いられることが好ましく、エアロゾルは、供給ラインによりエアロゾル発生器に供給されるキャリアガスによって気化器に搬送され、そこでエアロゾル粒子は、伝熱面と接触しつつ移動することによって気化する。互いに異なる蒸気が、ガス混合器内で混合される。

【0014】

調査、特にモデル計算では、ＡＬＱ_３について、不均一性と搬送パイプ内の平均速度との間に次の関係があることが示されている。

【0015】

【数1】

【0016】

ＡＬＱ_３の場合、ａ＝４９．６２
ｇ_ｍ：層厚の平均値
δｇ：層厚の平均値からの最大偏差
ｖ_ｍ：搬送パイプ内のガス流の速度の平均値

【0017】

搬送パイプ内のガス流の速度の平均値については、以下の関数の関係が得られる。

【0018】

【数2】

【0019】

Ｑ：搬送パイプを通るガス流（標準圧力Ｐ_０及び標準温度Ｔ_０下でのｓｃｃｍ）
Ｔ：搬送パイプ内のガスの温度
Ｐ：搬送パイプ内のガスの圧力
ｄ：搬送パイプの直径
Ｃ：１．５×１０^７×π

【0020】

したがって、次の不等式が得られる。

【0021】

【数3】

【0022】

これらの又は他の本発明の実施形態は、以下の図面に関してより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明による装置の縦断面の態様の概略図である。

【図2】図２は、第２の例示的実施形態に関する図１の部分図である。

【図3】図３は、第３の例示的実施形態に関する図１の部分図である。

【図4】図４は、搬送パイプ９における放物線状の速度プロフィールの概略図である。

【図5】図５は、搬送パイプ９の内部における温度分布の概略図である。

【図6】図６は、搬送パイプ９の内部の圧力Ｐ３による堆積層の不均一性に及ぼす影響を示す。

【図7】図７は、搬送パイプの内部の平均流速による搬送パイプ９の温度勾配（図５）に及ぼす影響を示す。

【図8】図８は、搬送パイプ９の温度勾配による堆積層の不均一性に及ぼす影響を示す。

【図9】図９は、搬送パイプ９の内部のガス流の平均速度による堆積層の不均一性に及ぼす影響を示す。

【図10】図１０は、搬送パイプ９の内部の比Ｑ／Ｐ（マスフロー／圧力）による堆積層の不均一性に及ぼす影響を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、本発明による装置を概略的に示している。本発明による装置は、少なくとも１つの有機物の蒸気のソースを有することができる。このソースは、エアロゾル発生器４を備え、それにより固体又は液体からエアロゾル粒子が生成される。エアロゾル粒子の分子は、３００ｇ／ｍｏｌより大きい又は４００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量を有する。好ましくは、アルミニウム-トリス（８-ヒドロキシキノリン）、Ｃ_２７Ｈ_１８ＡＩＮ_３Ｏ_３であり、モル質量は４５９．４３ｇ／ｍｏｌである。例示的実施形態では、複数の異なる有機分子のソースが準備されている。キャリアガス供給ライン３が設けられ、それによりキャリアガスがエアロゾル発生器４に供給される。エアロゾル粒子は、加熱されたエアロゾルライン５を介して気化器６へと搬送され、そこで、圧力Ｐ１又はＰ２の下でエアロゾル粒子の気化が行われる。そのように生成された蒸気は、加熱されたラインを通してガス混合器１の入口２に供給される。

【0025】

ガス混合器１は、加熱装置２６により有機分子の凝縮温度より高い温度に維持された混合室を有する。混合器１の内部には、少なくとも１回、転向する経路が延在しており、入口２、２’に不均一に供給された混合物がそこを通って流れる。混合物の流れは、ガス転向部材７によって複数回、転向させられ、そしてそのように転向させられることによって、出口８の領域において、キャリアガス中での有機分子の可能な限り均一な分布が実現される。

【0026】

図１には、混合物がガス混合器１を移動する経路の断面が、出口８の領域において縮小することによって、ガス流の流速が増加することが概略的に示されている。

【0027】

ガス混合器１の出口８は、搬送パイプ９に開口し、搬送パイプ９は、円形断面をもつ管として形成することができる。搬送パイプ９は、１０～２０ｃｍ^２の断面積を有することができる。搬送パイプ９は、加熱装置２７により所定の温度に温度制御され、その温度はガス混合器１が温度制御されるのと同じ温度にすることができる。しかしながら、双方の温度を互いに異ならせることもできる。搬送パイプ９の内部には、圧力Ｐ３のガス混合物が存在する。例示的実施形態では、搬送パイプ９は、ハウジング１７内に配置されており、ガス入口部材１０も同じくその中に配置されている。

【0028】

搬送パイプ９は、ガス入口部材１０のガス分配空間１１内に開口する。このために、ガス入口部材１０はガス入口開口１４を備え、それにより、搬送パイプ９により搬送されたガス混合物がガス分配空間１１に入ることができる。ガス分配空間１１の床は、ガス出口面１３’を具備するガス出口プレート１３を形成する。ガス出口プレート１３には、ガス出口孔１２が配置されている。ガス出口孔１２は、ガス出口面１３’に均一に分布している。ガス出口孔１２は、基板ホルダー１５により担持された基板１６の方に向いている。基板は、冷却媒体チャネル１８を通って流れる冷却媒体により冷却され、それによって有機分子が基板１６上で凝縮することができる。特にガス出口プレート１３又はガス入口部材１０の壁を、有機分子の凝縮温度より高い温度に制御する加熱装置１９が設けられている。

【0029】

図４は、搬送パイプ９の内部の流れの流速プロフィールを示している。その流速プロフィールは、放物線状である。搬送パイプ９の中心では流速ｖが最大であり、縁部ではゼロである。ガス混合器１の出口８の領域でこの流れが形成されると、ガス混合物の体積要素が加速又は減速される。それに伴う体積要素内の断熱的なエネルギー変化は、それに対応する低い全圧又は高い流速による温度変化をもたらし、特に搬送パイプ９を通るガス流の中心における温度低下をもたらし得る。これにより、図５に概略的に示すような温度プロフィールが得られる。窒素又は水素であり得るキャリアガスに比べて、有機分子の断面積は大きいため、流れの方向と交差する方向への拡散を生じる。拡散方向は半径方向であり、それによって縁部から中心への分離が形成される。ガス入口開口１４の領域では、ガス流の中心において縁部よりも高い濃度の有機分子が存在する。従来技術の装置又は従来技術のプロセス制御で使用されるプロセスパラメータでは、この不均一性がガス分配空間１１内のガス混合物の分布に反映されるので、互いに異なる箇所で異なるガス出口孔１２を通って異なる濃度の有機分子を伴うガスが出て行くことになり、これが、層成長の不均一性として反映されることとなる。圧力と平均速度による層成長の不均一性に与える影響を図６～図１０に示す。

【0030】

この不均一性を回避するために、本発明の一態様は、搬送パイプ９内の流速が、４０ｍ／ｓ未満、３０ｍ／ｓ未満、２０ｍ／ｓ未満、又は１０ｍ／ｓ未満であることを提供する。図９は、層の不均一性の依存性を、すなわち層厚の平均値からの最大偏差と層厚の平均値との比を、搬送パイプ９を通る平均流速の関数として示している。実施された実験では、非線形挙動を示した。不均一性は指数１．５７２で増大する。逆関数により臨界平均流速が得られるが、これは、指数０．６３６で所望するレベルの不均一性（％）に依存する。

【0031】

【数4】

【0032】

層厚の不均一性（δｇ／ｇ_ｍ）は、プロセスパラメータを選択することにより許容範囲に維持することができる。その場合、プロセスパラメータとして、Ｑ：搬送パイプを通るガス流（標準圧力Ｐ_０及び標準温度Ｔ_０下でのｓｃｃｍ）、Ｔ：搬送パイプ内のガスの温度、Ｐ：搬送パイプ内のガスの圧力、及びｄ：搬送パイプの直径が、以下の不等式を満たすように選択される。

【0033】

【数5】

【0034】

その場合、ＡＬＱ_３ではａが３４９．６２であるが、他の分子ではこれより大きく又は小さくすることができ、そして、Ｃは１．５×１０^７×πである。

【0035】

本発明はさらに、圧力バリア２０による流速の減小が達成されることを提示する。図１に示される圧力バリア２０は、複数のガス通過孔２２を有する環状体２１である。その床２３は、ガス出口プレート１３から離間しており、ガス通過孔を有しないこともあり得る。床２３は、環状体２１の内部空間を閉鎖している。圧力バリア２０によって、搬送パイプ９の内部の圧力Ｐ３が、１ｍｂａｒ以上、又は０．６ｍｂａｒ、０．５ｍｂａｒ、もしくは０．３ｍｂａｒ以上であることを達成できる。その一方、ガス分配空間１１の内部の圧力Ｐ０は、著しく小さくすることができる。それは、１ｍｂａｒより小さく、０．６ｍｂａｒより小さく、又は０．３ｍｂａｒより小さくすることができる。ガス通過孔２２は、環状に形成された薄壁プレート内に配置でき、その薄壁は、第１の端部が床プレート２３により閉じられかつ第２の端部が搬送パイプ９に開口する空間の境界となっている。

【0036】

図２に示した例示的実施形態は、開孔した発泡体により形成された圧力バリア２０を示している。図１に示した例示的実施形態では、ガス通過孔２２が圧力バリアとして機能する。図２に示した例示的実施形態では、それは、固体発泡体中の気孔により形成された流路である。

【0037】

図３は、課題を解決する代替的概念を示している。拡散バリア２５が設けられ、それにより上述した交差拡散が回避される。それは、搬送パイプ９を互いに別々の流路に分離する同心状の円管とすることができる。

【0038】

拡散影響手段２５は、搬送パイプ９の全長に亘って延在することができ、その直径は特にガス混合器１内の流路の平均直径よりも小さく、かつ／又は、ガス分配空間１１の断面よりも小さい。

【0039】

特に、ガス混合器１から出たガス流が搬送パイプに入るときに加速されることによって、ガス流の中心でガス温度が低下することが意図されかつ／又は許容される。しかしながら本発明によれば、搬送パイプ９の縁部でのガス流の温度差は非常に小さいので、不均一な層成長は回避されるか、又は、許容可能な最小程度に制限される。

【0040】

上述した対策では、流れの中の温度勾配又は剪断力勾配を１００％回避することはできないが、勾配を、技術的な関連性がなくなる程度の大きさに制限することができる。つまり、予め指定された制限値未満の不均一性であって結果が技術的に許容できるような層が堆積される。

【0041】

上述したことは、出願全体が包含するする発明を説明するのに役立ち、少なくとも以下の特徴の組み合わせにより先行技術を独立して進展させるものであり、その場合、これらの特徴の組合せの２つ、いくつか、又はすべてを組み合わせることができる。

【0042】

搬送パイプ９内において搬送パイプ９の断面中心に向かう、横方向に不均一な層成長をもたらす有機分子の分離拡散が少なくとも抑制され好ましくは回避されるように、搬送パイプ９内の平均流速ｖ_ｍがそのように選択されるか、搬送パイプ９がそのように構成された拡散影響手段２５を有するか、又は、搬送パイプ９のガス入口部材１０に対向する端部にそのための圧力バリア２０が設けられることを特徴とする方法。

【0043】

搬送パイプ９の断面中心に向かう、横方向に不均一な層成長をもたらす有機分子の分離拡散が、少なくとも抑制され好ましくは回避されるように、搬送パイプ９がそのような断面積を有するか、そのように構成された拡散影響手段２５を有するか、又は、ガス入口部材１に対向するその端部にそのための圧力バリア２０を設けられることを特徴とする装置。

【0044】

圧力バリア２０が、特にガス分配空間１１の内部の環状スロットルであること、及び／又は、ガス貫通孔２２を設けられ特に円筒周面上に延在するプレートであること、及び／又は、開孔した発泡体２４を有することを特徴とする方法又は装置。

【0045】

拡散影響手段２５が、少なくとも搬送パイプ９の半径方向に作用しかつ軸方向に延在するバリアを有することを特徴とする方法又は装置。

【0046】

搬送パイプ９の全圧Ｐ３、搬送パイプ９を通る混合物のマスフロー、及び搬送パイプ９の直径Ｄは、平均流速ｖ_ｍが４０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓより小さく、又は好ましくは１０ｍ／ｓ未満であるように選択されること、及び／又は、ガス分配空間１１内の全圧Ｐ０は、好ましくは０．９ｍｂａｒ、０．６ｍｂａｒ、０．３ｍｂａｒ、又は０．１ｍｂａｒ未満であることを特徴とする方法又は装置。

【0047】

以下のパラメータにより以下の不等式を満たし、その場合、ａは分子依存値であってＡＬＱ_３では４９．６２Ｍ／ｓであり、Ｃ＝１．５×１０^７×π、及び、比δｇ／ｇ_ｍは最大許容不均一さであり、特に平均層厚からの層の任意の点における層厚の偏差であり、δｇ／ｇ_ｍは好ましくは０．５％又は１％であることを特徴とする方法又は装置。
Ｑ：搬送パイプ９を通るガス流（標準圧力Ｐ_０及び標準温度Ｔ_０下でのｓｃｃｍ）
Ｔ：搬送パイプ９内のガスの温度
Ｐ：搬送パイプ９内のガスの圧力
ｄ：搬送パイプ９の円等価断面の直径

【0048】

【数6】

【0049】

キャリアガスの流れの中に導入された有機分子からなるエアロゾル粒子をそれぞれ気化するために少なくとも２つの気化器６を有し、特に、互いに異なる有機分子のエアロゾル粒子が異なる温度及び／又は異なる全圧で気化され、かつ／又は、ガス混合器の互いに異なる入口２、２’に供給されることを特徴とする方法又は装置。

【0050】

ガス混合器１が第１の温度に制御される第１の温度制御装置２６及び、搬送パイプを第２の温度に制御する第２の温度制御装置２７を有することを特徴とする方法又は装置。

【0051】

開示された全ての特徴は、（それ自体のみでなく、互いに組み合わされて）本発明に不可欠である。関連／添付された優先権書類（先行出願のコピー）の開示内容も、これらの書類の特徴を本出願の請求項に含めることを目的として、本出願の開示に完全に含まれる。従属請求項は、特にこれらの請求項に基づいて分割出願を行うために、引用される請求項の特徴がなくても、先行技術の独立した発明性のあるさらなる発展を特徴とする。各請求項で特定された発明は、前述の説明で特定された、特に参照符号が付与された、及び／又は符号の説明で特定された、１つ以上の機能を追加で有することができる。
本発明はまた、特に、それらがそれぞれの使用目的において明らかに省略可能であるか、又は技術的に同等の他の手段で置き換えることができる限り、前述の説明で述べた特徴の幾つかのものが実装されない設計形態に関する。

【符号の説明】

【0052】

１ ガス混合器
２ 入口
２’ 入口
３ キャリアガス供給ライン
４ エアロゾル発生器
５ エアロゾルライン
６ 気化器
７ ガス転向部材
８ 出口
９ 搬送パイプ
１０ ガス入口部材
１１ ガス分配空間
１２ ガス出口孔
１３ ガス出口プレート
１３’ ガス出口面
１４ ガス入口開口
１５ 基板ホルダー
１６ 基板
１７ ハウジング
１８ 冷媒チャネル
１９ 加熱装置
２０ 圧力バリア
２１ 環状体
２２ ガス通過孔
２３ 床
２４ 発泡体
２５ 拡散バリア
２６ 加熱装置
２７ 加熱装置
Ｄ 直径
Ｆ１ ガス流
Ｆ２ ガス流
Ｐ０ 圧力
Ｐ１ 圧力
Ｐ２ 圧力
Ｐ３ 圧力
ｖ 流速
ｖ_ｍ 平均流速

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2022-05-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に層を堆積するための方法であって、キャリアガスによって搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００ｇ／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ有機分子からなるガス流（Ｆ１、Ｆ２）が、ガス混合器（１）の１つ以上の入口（２、２’）の各々にそれぞれ供給され、１つ以上の前記ガス流（Ｆ１、Ｆ２）の前記分子は、ガス転向器（７）により複数回、転向させられてキャリアガス中で均一に混合され、そのようにして生成されたガス混合物（Ｆ３）が、前記ガス混合器（１）の出口（８）から搬送パイプ（９）へと誘導され、前記搬送パイプ（９）を通ってガス入口部材（１０）のガス分配空間（１１）へと搬送され、前記ガス分配空間（１１）のガス出口孔（１２）を通ってサセプタの方へと出され、かつ、前記分子が、基板ホルダー（１５）により受容される基板上に有機層として堆積させられる、前記方法において、
前記搬送パイプ（９）内において前記搬送パイプ（９）の断面中心に向かう、横方向の不均一な層成長をもたらす前記有機分子の分離拡散が、少なくとも抑制され又は回避されるように、前記搬送パイプ（９）内の平均流速（ｖ_ｍ）がそのように選択されるか、前記搬送パイプ（９）がそのように構成された拡散影響手段（２５）を有するか、又は、前記ガス入口部材（１０）に対向する前記搬送パイプ（９）の端部にそのための圧力バリア（２０）が設けられることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記搬送パイプ（９）内の全圧（Ｐ３）、前記搬送パイプ（９）を通過する前記混合物のマスフロー、及び前記搬送パイプ（９）の直径（Ｄ）は、前記平均流速（ｖ_ｍ）が４０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ未満であり、又は１０ｍ／ｓ未満であるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ガス分配空間（１１）の全圧（Ｐ０）が、０．９ｍｂａｒ、０．６ｍｂａｒ、又は０．１ｍｂａｒ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

以下のパラメータにより以下の不等式を満たし、その場合、ａは分子依存値であってＡＬＱ_３では４９．６２Ｍ／ｓであり、Ｃ＝１．５×１０^７×π、及び、比δｇ／ｇ_ｍは最大許容不均一さであって平均層厚からの層の任意の点における層厚の偏差であり、δｇ／ｇ_ｍ は０．５％又は１％であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の方法。
Ｑ：前記搬送パイプ（９）を通るガス流（標準圧力Ｐ_０及び標準温度Ｔ_０下でのｓｃｃｍ）
Ｔ：前記搬送パイプ（９）内のガスの温度
Ｐ：前記搬送パイプ（９）内のガスの圧力
ｄ：前記搬送パイプ（９）の円等価断面の直径

【数1】

【請求項5】

互いに異なる有機分子のエアロゾル粒子が、異なる温度又は異なる全圧で気化されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

互いに異なる有機分子の前記エアロゾル粒子が、前記ガス混合器の互いに異なる入口（２、２’）に供給されることを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれかに記載の方法を実行するための装置であって、キャリアガスにより搬送され予め気化された３００ｇ／ｍｏｌ又は４００／ｍｏｌより大きいモル質量をもつ有機分子からなるガス流（Ｆ１、Ｆ２）をそれぞれ供給するための１つ以上の入口（２、２’）を具備するガス混合器（１）と、前記有機分子が複数回の転向によってキャリアガス中で混合されるガス転向器（７）と、均一なガス混合物が出る出口（８）とを備えると共に、前記出口（８）に連結された搬送パイプ（９）と、前記搬送パイプ（９）がその中に開口する分配空間（１１）を具備するガス入口部材（１０）とを備え、前記分配空間（１１）は、ガス出口孔（１２）を含むガス出口面（１３’）を具備し、前記ガス出口面（１３’）は基板（１６）を受容する基板ホルダー（１５）に対向する、前記装置において、
前記搬送パイプ（９）が、
ａ）０．９ｍｂａｒ未満のガス分配空間（１１）内の全圧（Ｐ０）を達成するためにキャリアガスの窒素又は水素の流速が４０ｍ／ｓ未満であるような断面積を有するか、
ｂ）前記搬送パイプ（９）を通る流れを複数の平行な部分流に分離する拡散影響手段（２５）を有するか、又は、
ｃ）前記ガス入口部材（１）に対向するその端部に、ガス分配空間（１１）内の圧力が前記搬送パイプ（９）内の圧力の２分の１未満に低減される圧力バリア（２０）を有し、
前記断面積、前記拡散影響手段（２５）、及び前記圧力バリア（２０）は、前記搬送パイプ（９）の断面中心に向かう、横方向の不均一な層成長をもたらす有機分子の分離拡散が回避されるように構成されていることを特徴とする装置。

【請求項8】

前記圧力バリア（２０）が、前記ガス分配空間（１１）の内部の環状スロットルであることを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記圧力バリア（２０）が、ガス通過孔（２２）を設けられ、円筒周面上に延在するプレートであることを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記圧力バリア（２０）が、開孔した発泡体（２４）を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項11】

前記拡散影響手段（２５）が、前記搬送パイプ（９）の少なくとも半径方向に作用しかつ軸方向に延在するバリアを有することを特徴とする請求項７～１０のいずれかに記載の装置。

【請求項12】

キャリアガスの流れの中に導入された有機分子からなるエアロゾル粒子をそれぞれ気化するために少なくとも２つの気化器（６）を有することを特徴とする請求項７～１１のいずれかに記載の装置。

【請求項13】

互いに異なる有機分子の前記エアロゾル粒子が、前記ガス混合器の互いに異なる入口（２、２’）に供給されることを特徴とする請求項７～１２のいずれかに記載の装置。

【請求項14】

第１の温度制御装置（２６）及び第２の温度制御装置（２７）を有し、前記第１の温度制御装置（２６）により前記ガス混合器（１）が第１の温度に制御され、前記第２の温度制御装置（２７）により前記搬送パイプが第２の温度に制御されることを特徴とする請求項７～１３のいずれかに記載の装置。

【国際調査報告】