▶ ジュソン エンジニアリング カンパニー リミテッドの特許一覧
(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】2023-09-13
(54)【発明の名称】基板処理装置
(51)【国際特許分類】
C23C 16/455 20060101AFI20230906BHJP
C23C 16/18 20060101ALI20230906BHJP
C23C 16/448 20060101ALI20230906BHJP
H01L 21/365 20060101ALI20230906BHJP
【ＦＩ】
C23C16/455
C23C16/18
C23C16/448
H01L21/365
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023510473
(86)(22)【出願日】2021-08-06
(85)【翻訳文提出日】2023-02-13
(86)【国際出願番号】 KR2021010455
(87)【国際公開番号】W WO2022045629
(87)【国際公開日】2022-03-03
(31)【優先権主張番号】10-2020-0106991
(32)【優先日】2020-08-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0099417
(32)【優先日】2021-07-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510149600
【氏名又は名称】ジュソン エンジニアリング カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム ドクホ
(72)【発明者】
【氏名】ク ヒョンホ
(72)【発明者】
【氏名】マ チャンス
(72)【発明者】
【氏名】パク エジョン
(72)【発明者】
【氏名】イ サンドゥ
(72)【発明者】
【氏名】チェ ミンソク
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA11
4K030AA16
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA42
4K030BA45
4K030BA47
4K030CA04
4K030CA12
4K030EA01
4K030EA03
4K030FA01
4K030GA01
4K030HA01
4K030JA05
4K030JA06
4K030KA17
4K030KA41
4K030LA15
4K030LA16
4K030LA18
5F045AB40
5F045AC07
5F045AC15
5F045AC16
5F045AC17
5F045DP03
5F045EE02
5F045EF05
(57)【要約】
本発明は、基板処理装置に係り、さらに詳しくは、基板の上に薄膜を蒸着するための基板処理装置に関する。本発明の実施形態に係る基板処理装置は、少なくとも一種が［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む複数種の原料ガスをそれぞれ供給するための複数の原料ガス供給部と、前記複数の原料ガス供給部がそれぞれ接続され、前記複数種の原料ガスが供給される供給速度よりも遅い通過速度を有するように内部空間が設けられたガス混合部と、前記ガス混合部と接続され、前記内部空間において混合された原料ガスが与えられる反応空間を有するチャンバーと、を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも一つが［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む複数の原料ガスをそれぞれ供給するための複数の原料ガス供給部と、前記複数の原料ガス供給部がそれぞれ接続され、前記複数種の原料ガスが供給される供給速度よりも遅い通過速度を有するように内部空間が設けられたガス混合部と、
前記ガス混合部と接続され、前記内部空間において混合された原料ガスが与えられる反応空間を有するチャンバーと、
を備える、基板処理装置。
【請求項2】
前記複数の原料ガス供給部は、複数の原料ガスを生成するための複数の原料物質がそれぞれ液体の状態で貯留される複数の原料貯留器と、
前記複数の原料貯留器と前記ガス混合部とをそれぞれつなぐ流路を形成する複数本の原料ガス配管と、
を備え、
前記内部空間は、前記複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積が、前記複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積の和よりもさらに大きく形成される、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記ガス混合部とチャンバーとをつなぐ流路を形成する混合ガス配管をさらに備え、前記混合ガス配管に形成された流路は、前記複数種の原料ガスが通過する方向と交わる前記内部空間の断面積よりも小さな断面積を有する、請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項4】
前記混合ガス配管に形成された流路は、前記複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積の和よりも大きな断面積を有する、請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項5】
前記内部空間は、前記複数の原料ガス供給部から単位時間当たりに供給可能な複数の原料ガスの最大の体積よりも大きな体積を有するように設けられる、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項6】
前記複数の原料ガス供給部は、前記複数の原料貯留器にそれぞれキャリアガスを供給するための複数のキャリアガス供給器をさらに備え、前記複数のキャリアガス供給器から供給されるキャリアガスの供給量をそれぞれ調節するための制御部をさらに備える、請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記内部空間において混合される原料ガスの混合比に比例するようにキャリアガスの供給量をそれぞれ調節する、請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項8】
前記複数の原料貯留器は、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む原料物質が貯留される第１の原料貯留器と、
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）のうちの一方を含む原料物質が貯留される第２の原料貯留器と、
ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）及びジメチル亜鉛（ＤＭＺ）のうちのどちらか一方を含む原料物質が貯留される第３の原料貯留器と、
を備える、請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項9】
前記複数の原料ガス供給部は、前記複数の原料貯留器をそれぞれ加熱するための複数の原料貯留器ヒーターをさらに備え、
前記制御部は、前記複数の原料貯留器が互いに異なる温度に保たれるように前記複数の原料貯留器ヒーターを制御する、請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項10】
前記混合ガス配管を加熱するための混合ガス配管ヒーターをさらに備え、前記制御部は、前記混合ガス配管が３０～１５０℃の温度に保たれるように前記混合ガス配管ヒーターを制御する、請求項６に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板処理装置に係り、さらに詳しくは、基板の上に金属酸化物薄膜を蒸着するための基板処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
金属酸化物薄膜、例えば、有機金属酸化物薄膜は、低電力及び高い移動度といった卓越した特徴を有することから、半導体素子、ディスプレイ装置、又は太陽電池などにおいて、基板の上に形成される保護層、透明伝導層、又は半導体層として用いられている。
【0003】
金属酸化物薄膜は、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のうちの少なくとも一方がドープされた亜鉛（Ｚｎ）酸化物、例えば、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ：Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などから形成可能であり、このような金属酸化物薄膜は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び亜鉛（Ｚｎ）の組成比に応じて種々の特性を有することになる。
【0004】
従来には、金属酸化物薄膜を、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）が一定の組成比で組成されたターゲット（ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッターリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）蒸着方式を用いて基板に蒸着していた。しかしながら、このようなスパッターリング方式では、金属酸化物薄膜の組成比がターゲットの組成比に固定されて、蒸着される金属酸化物薄膜の組成比を変更しようとする場合にターゲットそれ自体を変えることを余儀なくされるという不都合があった。また、スパッターリング方式の場合、初期のスパッターリング工程に際しては優れた薄膜特性を示すものの、薄膜蒸着の回数が増えるにつれて、意図せずにターゲットの組成が変化して蒸着される金属酸化物薄膜の特性が変化してしまうという不都合があった。このため、スパッターリング工程の場合、頻繁にターゲットを変えることを余儀なくされるという欠点があり、これは、生産性の低下とコストの高騰につながるという不都合が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】韓国公開特許第１０－２００９－０１１７５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、化学蒸着方式を用いて、基板の上に金属酸化物薄膜を蒸着することのできる基板処理装置を提供する。
【0007】
また、本発明は、金属酸化物薄膜の組成比を容易に制御することのできる基板処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、少なくとも一種が［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む複数種の原料ガスをそれぞれ供給するための複数の原料ガス供給部と、前記複数の原料ガス供給部がそれぞれ接続され、前記複数種の原料ガスが供給される供給速度よりも遅い通過速度を有するように内部空間が設けられたガス混合部と、前記ガス混合部と接続され、前記内部空間において混合された原料ガスが与えられる反応空間を有するチャンバーと、を備える。
【0009】
前記複数の原料ガス供給部は、複数の原料ガスを生成するための複数の原料物質がそれぞれ液体の状態で貯留される複数の原料貯留器と、前記複数の原料貯留器と前記ガス混合部とをそれぞれつなぐ流路を形成する複数本の原料ガス配管と、を備え、前記内部空間は、前記複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積が、前記複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積の和よりもさらに大きく形成されてもよい。
【0010】
前記基板処理装置は、前記ガス混合部とチャンバーとをつなぐ流路を形成する混合ガス配管をさらに備え、前記混合ガス配管に形成された流路は、前記複数種の原料ガスが通過する方向と交わる前記内部空間の断面積よりも小さな断面積を有していてもよい。
【0011】
前記混合ガス配管に形成された流路は、前記複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積の和よりも大きな断面積を有していてもよい。
【0012】
前記内部空間は、前記複数の原料ガス供給部から単位時間当たりに供給可能な複数の原料ガスの最大の体積よりも大きな体積を有するように設けられてもよい。
【0013】
前記複数の原料ガス供給部は、前記複数の原料貯留器にそれぞれキャリアガスを供給するための複数のキャリアガス供給器をさらに備え、前記複数のキャリアガス供給器から供給されるキャリアガスの供給量をそれぞれ調節するための制御部をさらに備えていてもよい。
【0014】
前記制御部は、前記内部空間において混合される原料ガスの混合比に比例するようにキャリアガスの供給量をそれぞれ調節してもよい。
【0015】
前記複数の原料貯留器は、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む原料物質が貯留される第１の原料貯留器と、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）のうちのどちらか一方を含む原料物質が貯留される第２の原料貯留器と、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）及びジメチル亜鉛（ＤＭＺ）のうちのどちらか一方を含む原料物質が貯留される第３の原料貯留器と、を備えていてもよい。
【0016】
前記複数の原料ガス供給部は、前記複数の原料貯留器をそれぞれ加熱するための複数の原料貯留器ヒーターをさらに備え、前記制御部は、前記複数の原料貯留器が互いに異なる温度に保たれるように前記複数の原料貯留器ヒーターを制御してもよい。
【0017】
前記基板処理装置は、前記混合ガス配管を加熱するための混合ガス配管ヒーターをさらに備え、前記制御部は、前記混合ガス配管が３０～１５０℃の温度に保たれるように前記混合ガス配管ヒーターを制御してもよい。
【発明の効果】
【0018】
本発明の実施形態に係る基板処理装置によれば、酸化物薄膜を蒸着するための複数の原料ガスを均一に混合して基板の上に与えることができる。
【0019】
また、基板の上に蒸着される酸化物薄膜の組成を所望の特性に応じて容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略的な様子を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係るガス混合部を経由して原料ガスが移動する様子を示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係るガス混合部を一方向から眺めた様子を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に従い反応空間にプラズマが形成される様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明を説明するに当たって、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を付し、図面は、本発明の実施形態を正確に説明するために大きさが部分的に誇張されてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。
【0022】
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略的な様子を示す図である。また、図２は、本発明の実施形態に係るガス混合部を経由して原料ガスが移動する様子を示す図であり、図３は、本発明の実施形態に係るガス混合部を一方向から眺めた様子を示す図である。
【0023】
図１から図３を参照すると、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、少なくとも一種が［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含む複数種の原料ガスをそれぞれ供給するための複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃと、前記複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃがそれぞれ接続され、前記複数種の原料ガスが供給される供給速度よりも遅い通過速度を有するように内部空間Ｉが設けられたガス混合部２００と、前記ガス混合部２００と接続され、前記内部空間Ｉにおいて混合された原料ガスが与えられる反応空間を有するチャンバー４００と、を備える。
【0024】
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、原料ガス（Ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）と反応ガス（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ）を供給して基板Ｓの上に薄膜を蒸着する薄膜蒸着工程を行うことができる。ここで、薄膜蒸着工程は、基板Ｓの上にインジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のうちの少なくとも一方がドープされた亜鉛（Ｚｎ）酸化物、例えば、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ：Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物薄膜を蒸着する工程であってもよい。以下では、基板Ｓの上にＩＧＺＯ金属酸化物薄膜を蒸着するための基板処理装置を例にとって説明するが、本発明の実施形態は、この他にも、基板Ｓの上に様々な金属酸化物薄膜を蒸着する工程に適用可能であるということはいうまでもない。
【0025】
原料ガス供給部は複数設けられ、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、基板Ｓの上に薄膜を蒸着するための複数の原料ガスをガス混合部２００にそれぞれ供給する。基板Ｓの上にＩＧＺＯ金属酸化物薄膜を蒸着するために、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃのうちのいずれか一つは、図１に示すように、（［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム）（ＤＡＤＩ）を含む原料ガスを供給するための第１の原料ガス供給部１００ａであってもよい。ＤＡＤＩを含む原料ガスは、インジウム（Ｉｎ）ガスを与えるために供給されるものであって、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、この他にも、ガリウム（Ｇａ）ガスを供給するための第２の原料ガス供給部１００ｂ及び亜鉛（Ｚｎ）ガスを供給するための第３の原料ガス供給部１００ｃを備えていてもよい。
【0026】
複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、複数の原料ガスを生成するための複数の原料物質がそれぞれ貯留される複数の原料貯留器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、及び前記複数の原料貯留器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと前記ガス混合部２００とをそれぞれつなぐ流路を形成する複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを備えていてもよい。複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃが第１の原料ガス供給部１００ａ、第２の原料ガス供給部１００ｂ、及び第３の原料ガス供給部１００ｃを備える場合、第１の原料ガス供給部１００ａは、第１の原料貯留器１１０ａ及び第１の原料ガス配管１２０ａを備え、第２の原料ガス供給部１００ｂは、第２の原料貯留器１１０ｂ及び第２の原料ガス配管１２０ｂを備え、第３の原料ガス供給部１００ｃは、第３の原料貯留器１１０ｃ及び第３の原料ガス配管１２０ｃを備えていてもよい。
【0027】
原料貯留器は、それぞれ内部に貯留空間を有する筒状を呈していてもよく、貯留空間には、原料ガスを生成するための原料物質が貯留される。ここで、第１の原料貯留器１１０ａには、インジウム（Ｉｎ）ガスを生成するための第１の原料物質が貯留されてもよく、第１の原料物質は、［３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチルインジウム（ＤＡＤＩ）を含んでいてもよい。また、第２の原料貯留器１１０ｂには、ガリウム（Ｇａ）ガスを生成するための第２の原料物質が貯留されてもよく、第２の原料物質は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）のうちのどちらか一方を含んでいてもよい。一方、第３の原料貯留器１１０ｃには、亜鉛（Ｚｎ）ガスを生成するための第３の原料物質が貯留されてもよく、第３の原料物質は、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ：Ｄｉｅｔｈｙｌｚｉｎｃ）及びジメチル亜鉛（ＤＭＺ：Ｄｉｍｅｔｈｙｌｚｉｎｃ ）のうちのどちらか一方を含んでいてもよい。ここで、第１の原料物質、第２の原料物質、及び第３の原料物質は、液体の状態で第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃにそれぞれ貯留されてもよい。
【0028】
ここで、複数の原料ガス供給部は、前記複数の原料貯留器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃをそれぞれ加熱するための複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃをさらに備えていてもよい。すなわち、第１の原料ガス供給部１００ａは、第１の原料貯留器１１０ａを加熱するための第１の原料貯留器ヒーター１４０ａを備え、第２の原料ガス供給部１００ｂは、第２の原料貯留器１１０ｂを加熱するための第２の原料貯留器ヒーター１４０ｂを備え、第３の原料ガス供給部１００ｃは、第３の原料貯留器１１０ｃを加熱するための第３の原料貯留器ヒーター１４０ｃを備えていてもよい。第１の原料貯留器ヒーター１４０ａ、第２の原料貯留器ヒーター１４０ｂ、及び第３の原料貯留器ヒーター１４０ｃは、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃをそれぞれ加熱することができ、これにより、液体の状態を有する第１の原料物質、第２の原料物質、及び第３の原料物質は気化されることが可能になる。ここで、複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃをそれぞれ取り囲むヒーティングジャケット（ｈｅａｔｉｎｇ ｊａｃｋｅｔ）の形態で設けられてもよい。
【0029】
また、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、前記複数の原料貯留部にそれぞれキャリアガスを供給するための複数のキャリアガス供給器１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃをさらに備えていてもよい。すなわち、第１の原料ガス供給部１００ａは、第１の原料貯留器１１０ａにキャリアガスを供給するための第１のキャリアガス供給器１３０ａを備え、第２の原料ガス供給部１００ｂは、第２の原料貯留器１１０ｂにキャリアガスを供給するための第２のキャリアガス供給器１３０ｂを備え、第３の原料ガス供給部１００ｃは、第３の原料貯留器１１０ｃにキャリアガスを供給するための第３のキャリアガス供給器１３０ｃを備えていてもよい。第１のキャリアガス供給器１３０ａ、第２のキャリアガス供給器１３０ｂ、及び第３のキャリアガス供給器１３０ｃは、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃにそれぞれキャリアガスを供給することができ、これにより、各原料貯留器内において原料物質が気化した第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、それぞれガス混合部２００に供給されることが可能になる。ここで、キャリアガスとしては、不活性ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス及びヘリウム（Ｈｅ）ガスのうちのいずれか一種のガスが使用可能である。
【0030】
複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、複数の原料貯留器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとガス混合部２００とをそれぞれつなぐ流路を形成する。複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、第１の原料貯留器１１０ａとガス混合部２００とをつなぐ第１の原料ガス配管１２０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂとガス混合部２００とをつなぐ第２の原料ガス配管１２０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃとガス混合部２００とをつなぐ第３の原料ガス配管１２０ｃを備えていてもよい。ここで、第１の原料ガス配管１２０ａ、第２の原料ガス配管１２０ｂ、及び第３の原料ガス配管１２０ｃは、それぞれ内部に流路を形成するパイプの形状を呈していてもよい。また、第１の原料ガス配管１２０ａの一方の端及び他方の端は、それぞれ第１の原料貯留器１１０ａ及びガス混合部２００に接続され、第２の原料ガス配管１２０ｂの一方の端及び他方の端は、それぞれ第２の原料貯留器１１０ｂ及びガス混合部２００に接続され、第３の原料ガス配管１２０ｃの一方の端及び他方の端は、それぞれ第３の原料貯留器１１０ｃ及びガス混合部２００に接続されてもよく、図示はしないが、各原料ガス配管には、少なくとも一つの弁が配設されてもよいということはいうまでもない。
【0031】
ガス混合部２００には、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃがそれぞれ接続され、前記複数種の原料ガスが供給される供給速度よりも遅い通過速度を有するように内部空間Ｉが設けられる。このようなガス混合部２００は、ミキサー（Ｍｉｘｅｒ）を備えていてもよい。
【0032】
ガス混合部２００は、内部空間Ｉを有する筒状を呈していてもよく、第１の原料ガス配管１２０ａ、第２の原料ガス配管１２０ｂ、及び第３の原料ガス配管１２０ｃは、前記内部空間Ｉに連通するように配設される。このとき、第１の原料ガス配管１２０ａ、第２の原料ガス配管１２０ｂ、及び第３の原料ガス配管１２０ｃを介してそれぞれガス混合部２００に供給される第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、内部空間Ｉを通過しつつ混合され、混合された原料ガスは、ガス混合部２００に接続されるチャンバー４００に与えられる。
【0033】
このとき、図２に示すように、第１の原料ガスが第１の原料ガス配管１２０ａ内においてガス混合部２００に向かって移動する速度を第１の供給速度Ｖ１ａとし、第２の原料ガスが第２の原料ガス配管１２０ｂ内においてガス混合部２００に向かって移動する速度を第２の供給速度Ｖ１ｂとし、第３の原料ガスが第３の原料ガス配管１２０ｃ内においてガス混合部２００に向かって移動する速度を第３の供給速度Ｖ１ｃとしたとき、ガス混合部２００の内部空間Ｉは、複数種の原料ガスが第１の供給速度Ｖ１ａ、第２の供給速度Ｖ１ｂ、及び第３の供給速度Ｖ１ｃよりも遅い通過速度Ｖ２にて前記内部空間Ｉを通過するように形成されてもよい。すなわち、ガス混合部２００の内部空間Ｉは、複数種の原料ガスが第１の供給速度Ｖ１ａ、第２の供給速度Ｖ１ｂ、及び第３の供給速度Ｖ１ｃのうち最も遅い供給速度よりも遅い通過速度Ｖ２にて前記内部空間Ｉを通過する形状に形成されてもよい。この場合、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、内部空間Ｉに供給されながら移動する速度が減少することになって、これにより、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、ガス混合部２００から排出されないうちに内部空間Ｉ内において均一に混合できるのに十分な時間を確保することが可能になる。
【0034】
このために、ガス混合部２００に設けられる内部空間Ｉは、図３に示すように、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積Ｓ２が、前記複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにそれぞれ形成された流路の断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃの和よりも大きく形成されてもよい。ここで、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積Ｓ２とは、内部空間Ｉを第１の原料ガスが内部空間Ｉを通過する経路、第２の原料ガスが内部空間Ｉを通過する経路、及び第３の原料ガスが内部空間Ｉを通過する経路といずれも交わる平面に切り取ったとき、内部空間Ｉの断面積Ｓ２のことをいう。このように、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積Ｓ２が、前記複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにそれぞれ形成された流路の断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃの和よりも大きく形成される部分は、内部空間Ｉの少なくとも一部であってもよい。
【0035】
ここで、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる断面積Ｓ２が、前記複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃの和よりも大きいように内部空間Ｉが形成される場合、一般に、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、それぞれ第１の供給速度Ｖ１ａ、第２の供給速度Ｖ１ｂ、及び第３の供給速度Ｖ１ｃよりも遅い通過速度Ｖ２にて内部空間Ｉを通過することになる。しかしながら、この場合であっても、内部空間Ｉの体積が十分に大きく形成されない場合、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスが内部空間Ｉを通過する通過速度Ｖ２は遅くならないことがある。このため、内部空間Ｉは、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃから単位時間当たりに供給可能な複数の原料ガスの最大の体積よりも大きな体積を有するように設けられてもよい。すなわち、ガス混合部２００に設けられる内部空間Ｉは、第１の原料ガス供給部１００ａから単位時間当たりに供給可能な第１の原料ガスの最大の体積、第２の原料ガス供給部１００ｂから単位時間当たりに供給可能な第２の原料ガスの最大の体積及び第３の原料ガス供給部１００ｃから単位時間当たりに供給可能な第３の原料ガスの最大の体積を足し合わせた体積よりも大きな体積を有するように設けられてもよい。これにより、内部空間Ｉに供給される第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、それぞれどのような供給速度にて供給される場合であっても、内部空間Ｉ内において各供給速度よりも遅い通過速度Ｖ２を有することになる。
【0036】
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、ガス混合部２００とチャンバー４００とをつなぐ流路を形成する混合ガス配管３１０をさらに備えていてもよい。前述したように、ガス混合部２００の内部空間Ｉにおいては、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスが混合され、混合された原料ガスは、ガス混合部２００の外部に設けられるチャンバー４００の反応空間に与えられる。このとき、混合ガス配管３１０は、内部に流路を形成するパイプの形状に設けられて、ガス混合部２００とチャンバー４００とをつなぐ流路を形成する。ここで、混合ガス配管３１０は、原料ガス供給部の数よりも少ない本数で設けられてもよく、図示のごとく、一本で設けられてもよい。
【0037】
ここで、混合ガス配管３１０に形成された流路は、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる前記内部空間Ｉの断面積Ｓ２よりも小さな断面積Ｓ３を有していてもよい。第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスがガス混合部２００内において十分に混合されれば、混合された原料ガスは、再び通過速度Ｖ２よりも速い速度Ｖ３にてチャンバー４００の反応空間に与えられる必要がある。このため、混合ガス配管３１０に形成された流路は、複数種の原料ガスが通過する方向と交わる内部空間Ｉの断面積Ｓ２よりも小さな断面積Ｓ３を有するように形成される。
【0038】
また、混合ガス配管３１０に形成された流路は、前記複数本の原料ガス配管１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにそれぞれ形成された流路の断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃの和よりも大きな断面積Ｓ３を有していてもよい。前述したように、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、第１の原料ガス配管１２０ａ、第２の原料ガス配管１２０ｂ、及び第３の原料ガス配管１２０ｃをそれぞれ第１の供給速度Ｖ１ａ、第２の供給速度Ｖ１ｂ、及び第３の供給速度Ｖ１ｃにて移動する。このとき、混合ガス配管３１０に形成された流路の断面積Ｓ３を複数本の原料ガス配管にそれぞれ形成された流路の断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃの和よりも大きく形成することにより、混合された原料ガスの移動速度Ｖ３により第１の原料ガス配管部１２０ａ、第２の原料ガス配管部１２０ｂ、及び第３の原料ガス配管部１２０ｃ内における第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスの移動速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が制限されなくなる。一方、図示はしないが、混合ガス配管３１０にも少なくとも一つの弁が配設されてもよいということはいうまでもない。
【0039】
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、複数の原料ガス供給部１００ａ、１００ｂ、１００ｃをそれぞれ制御するための制御部９００をさらに備えていてもよい。ここで、制御部９００は、複数のキャリアガス供給器１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃから供給されるキャリアガスの供給量をそれぞれ調節することができる。第１の原料貯留器１１０ａに供給されるキャリアガスの供給量が増えると、ガス混合部２００に供給される第１の原料ガスの供給量は増え、第１の原料貯留器１１０ａに供給されるキャリアガスの供給量が減ると、ガス混合部２００に供給される第１の原料ガスの供給量は減る。これは、第２の原料ガス及び第３の原料ガスの場合にも同様である。したがって、制御部９００は、第１のキャリアガス供給器１３０ａ、第２のキャリアガス供給器１３０ｂ、及び第３のキャリアガス供給器１３０ｃから供給されるキャリアガスの供給量をそれぞれ調節して、ガス混合部２００に供給される第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスの供給量を調節することができる。これにより、ガス混合部２００内において混合される原料ガスは、様々な混合比で組成されることができ、この理由から、様々な組成を有する金属酸化物薄膜を基板の上に蒸着することが可能になる。
【0040】
さらに、制御部９００は、複数の原料貯留器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが互いに異なる温度に保たれるように複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを制御することができる。前述したように、第１の原料は、インジウム（Ｉｎ）ガスを生成するための原料を含んでいてもよく、第２の原料は、ガリウム（Ｇａ）ガスを生成するための原料を含んでいてもよく、第３の原料は、亜鉛（Ｚｎ）ガスを生成するための原料を含んでいてもよい。このように、第１の原料、第２の原料、及び第３の原料は互いに異なる原料であって、それぞれ互いに異なる蒸気圧を有するため、各原料を気化させるための温度もまた互いに異なってくることになる。したがって、制御部９００は、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃが各原料を気化させるのに必要とされる互いに異なる温度に保たれるように複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを制御することができる。ここで、制御部９００は、２５～１５０℃の範囲内において、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃが互いに異なる温度に保たれるように複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを制御することができる。
【0041】
一方、図示はしないが、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、ガス混合部２００、及び混合ガス配管３１０は、前記複数の原料貯留器ヒーター１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃとは別途に設けられたヒーターにより加熱されることができる。すなわち、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、複数本の原料ガス配管ヒーター（図示せず）により加熱され、ガス混合部２００は、ガス混合器ヒーター（図示せず）により加熱され、混合ガス配管３１０は、混合ガス配管ヒーター３２０により加熱されることができる。これは、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、ガス混合部２００、及び混合ガス配管３１０内において各原料ガス又は混合ガスからパーティクルが生じてしまうことを防ぐためである。このように、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、ガス混合部２００、及び混合ガス配管３１０が加熱される場合、制御部９００は、パーティクルが生じてしまうことを防ぐために、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、ガス混合部２００、及び混合ガス配管３１０が３０～１５０℃の範囲内の温度に保たれるように複数本の原料ガス配管ヒーター（図示せず）、ガス混合器ヒーター（図示せず）、及び混合ガス配管ヒーター３２０を制御することができる。これは、複数本の原料ガス配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、ガス混合部２００、及び混合ガス配管３１０が３０℃未満の温度を有する場合、配管などの内部においてパーティクルが生じてしまうという不都合が生じ、１５０℃を超える温度を有する場合、配管などにダメージが生じたり、配管が破損されたりするという不都合が生じる虞があるからである。
【0042】
チャンバー４００は、ガス混合部２００と接続され、ガス混合部２００の内部空間Ｉにおいて混合された原料ガスが混合ガス配管３１０を介して与えられる反応空間を有する。すなわち、チャンバー４００は、所定の反応空間を設け、これを気密に保持する。チャンバー４００は、概ね円形状若しくは四角い形状の平面部及び平面部から上向きに延びた側壁部を備えて所定の反応空間を有する胴体４１０と、概ね円形状又は四角い形状に胴体４１０の上に位置して反応空間を気密に保持する蓋体４２０と、を備えていてもよい。しかしながら、チャンバー４００は、これに何ら限定されるものではなく、基板Ｓの形状に対応する様々な形状に製作可能である。
【0043】
また、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、チャンバー４００内に設けられ、前記チャンバー４００内に提供される基板Ｓを支持するための基板支持部５００と、前記基板支持部５００と対向して配置されるように前記チャンバー４００内に設けられ、前記基板支持部５００に向かって工程ガスを吹き付けるためのガス吹付け部６００と、前記チャンバー４００内にプラズマを生じさせるように電源を供給するＲＦ電源７００と、をさらに備えていてもよい。
【0044】
基板支持部５００には、薄膜形成工程のためにチャンバー４００内に提供された基板Ｓが載置されてもよい。基板支持部５００は、基板Ｓが載置されて支持できるように、例えば、静電チャックなどが設けられて基板Ｓを静電ジャックにより吸着・保持することもでき、真空吸着や機械的な力により基板Ｓが支持可能な基板支持台を備えていてもよい。
【0045】
ガス吹付け部６００は、前記チャンバー４００の内部、例えば、蓋体４２０の下面に配設され、ガス吹付け部６００の内部には、混合された原料ガスを供給するための原料ガス供給経路及び反応ガスを供給するための反応ガス供給経路が形成される。ここで、原料ガス供給経路には、前述した混合ガス配管３１０が接続され、反応ガス供給経路には、例えば、酸素などを含む反応ガスを供給するための反応ガス配管８００が接続されてもよい。このとき、原料ガス供給経路及び反応ガス供給経路は、互いに独立に、かつ、互いに分離されるように形成されて、混合された原料ガス及び反応ガスが互いに混合されないように分離して基板Ｓの上に供給することができる。
【0046】
ガス吹付け部６００は、上フレーム６１０及び下フレーム６２０を備えていてもよい。ここで、前記上フレーム６１０は、前記蓋体４２０の下面に着脱自在に結合されるとともに、上面の一部、例えば、上面の中心部が前記蓋体４２０の下面から所定の距離だけ離れる。これにより、前記上フレーム６１０の上面と前記蓋体４２０の下面との間の空間において原料ガスが拡散されることが可能になる。また、前記下フレーム６２０は、前記上フレーム６１０の下面に一定の間隔だけ離れて配設される。これにより、前記下フレーム６２０の上面と前記上フレーム６１０の下面との間の空間において反応ガスが拡散されることが可能になる。前記上フレーム６１０と前記下フレーム６２０とは、外周面に沿って繋がり合って内部に離隔空間を形成して一体に形成されてもよく、別途の密封部材により外周面を密閉する仕組みとなっていてもよいということはいうまでもない。
【0047】
原料ガス供給経路は、混合ガス配管３１０から与えられる原料ガスが前記蓋体４２０の下面と前記上フレーム６１０との間の空間において拡散されて、前記上フレーム６１０及び前記下フレーム６２０を貫通してチャンバー４００の内部に供給されるように形成されてもよい。また、前記反応ガス供給経路は、反応ガス配管８００から与えられる反応ガスが前記上フレーム６１０の下面と前記下フレーム６２０の上面との間の空間において拡散されて、前記下フレーム６２０を貫通してチャンバー４００の内部に供給されるように形成されてもよい。前記原料ガス供給経路及び前記反応ガス供給経路は、互いに連通していなくてもよく、これにより、前記原料ガス及び反応ガスは、それぞれ混合ガス配管３１０及び反応ガス配管８００からガス吹付け部６００を経て前記チャンバー４００の内部に分離して供給されることが可能になる。
【0048】
前記下フレーム６２０の下面には、第１の電極６３０が配設されてもよく、前記下フレーム６２０の下側及び第１の電極６３０の外側には、所定の間隔だけ離れて第２の電極６４０が配設されてもよい。このとき、下フレーム６２０と第２の電極６４０とは、外周面に沿って繋がり合って形成されてもよく、別途の密封部材により外周面を密閉する仕組みとなっていてもよいということはいうまでもない。
【0049】
このように、第１の電極６３０及び第２の電極６４０が配設される場合、原料ガスは、第１の電極６３０を貫通して基板Ｓの上に吹き付けられてもよく、反応ガスは、第１の電極６３０と第２の電極６４０との間の離隔空間を介して基板Ｓの上に吹き付けられてもよい。
【0050】
下フレーム６２０と第２の電極６４０のうちのどちらか一方には、ＲＦ電源７００からＲＦ電力が印加されてもよい。図４は、本発明の実施形態に従い反応空間にプラズマが形成される様子を示す図であり、図４においては、下フレーム６２０が接地され、第２の電極６４０にＲＦ電力が印加される仕組みを例にとって示している。下フレーム６２０が接地される場合、前記下フレーム６２０の下面に配設された第１の電極６３０もまた接地される。したがって、第２の電極６４０にＲＦ電力７００が印加される場合、前記ガス吹付け部６００と前記基板支持部５００との間には、第１の活性化領域、すなわち、第１のプラズマ領域Ｐ１が形成され、前記第１の電極６３０と前記第２の電極６４０との間には、第２の活性化領域、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２が形成されることが可能になる。
【0051】
図４に示すように、混合された原料ガスは、実線にて示された矢印に沿ってチャンバー４００内に供給され、反応ガスは、点線にて示された矢印に沿ってチャンバー４００内に供給されることができる。混合された原料ガスは、第１の電極６３０の内部を貫通してチャンバー４００の内部に供給され、反応ガスは、第１の電極６３０と第２の電極６４０との間の離隔空間を介してチャンバー４００の内部に供給されることができる。
【0052】
前記第１の電極６３０及び基板支持部５００が接地され、前記第２の電極６４０に電源が供給される場合、前記ガス吹付け部６００と前記基板支持部５００との間には、第１の活性化領域、すなわち、第１のプラズマ領域Ｐ１が形成され、前記第１の電極６３０と前記第２の電極６４０との間には、第２の活性化領域、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２が形成される。
【0053】
したがって、混合された原料ガスが前記第１の電極６３０を貫通して供給される場合、前記混合された原料ガスは、前記ガス吹付け部６００の外部に形成される第１のプラズマ領域Ｐ１において活性化される。また、反応ガスが前記第１の電極６３０と前記第２の電極６４０との間の離隔空間を介して供給される場合、前記反応ガスは、前記ガス吹付け部６００の内部に相当する前記第１の電極６３０と前記第２の電極６４０との間、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２から第１のプラズマ領域Ｐ１までの領域にわたって活性化される。したがって、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、混合された原料ガスと反応ガスを互いに異なる大きさのプラズマ領域において活性化させることができる。なお、混合された原料ガスと反応ガスが互いに異なる大きさのプラズマ領域において活性化されることにより、金属酸化物薄膜を蒸着するための最適な供給経路に各ガスを振り分けることができる。
【0054】
以下では、本発明の実施形態に係る基板処理方法についてさらに詳しく説明する。本発明の実施形態に係る基板処理方法は、前述した基板処理装置を用いて行われ、このため、基板処理装置と関わって前述した内容と重複する説明は省略する。
【0055】
基板Ｓの上に薄膜を蒸着するために、まず、チャンバー４００の反応空間を低圧雰囲気に形成する。
【0056】
次いで、基板Ｓの上に混合された原料ガスを吹き付けて混合された原料ガスに含まれている有機物質前駆体を基板Ｓの上に吸着させる原料ガスの吹き付け工程を行う。
【0057】
原料ガスの吹き付け工程は、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃに液体の状態で貯留された第１の原料物質、第２の原料物質、及び第３の原料物質を加熱して気化させた後、第１の原料貯留器１１０ａ、第２の原料貯留器１１０ｂ、及び第３の原料貯留器１１０ｃにそれぞれキャリアガスを供給して、ガス混合部２００に第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスを供給する。
【0058】
このとき、ガス混合部２００に供給された第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、原料ガス配管を介した供給速度よりも、ガス混合部２００の内部空間Ｉにおいて通過する速度が減少することになり、これにより、第１の原料ガス、第２の原料ガス、及び第３の原料ガスは、ガス混合部２００の内部空間Ｉにおいて均一に混合されることが可能になる。混合された原料ガスは、混合ガス配管３１０を介してチャンバー４００内のガス吹付け部６００に供給される。
【0059】
次いで、ガス吹付け部６００に供給される混合された原料ガスを遮断し、基板Ｓの上にパージガスを吹き付けて基板Ｓの上に吸着されずに残留する有機物質前駆体をパージする。
【0060】
次いで、チャンバー４００のガス吹付け部６００に供給されるパージガスを遮断し、基板Ｓの上に反応ガスを吹き付けるとともに、プラズマを生じさせて基板Ｓに吸着された有機物質前駆体と反応ガスとを反応させる反応ガスの吹き付け工程を行う。
【0061】
基板Ｓの上に吹き付けられる反応ガスは、プラズマにより活性化され、活性化された反応ガスは、基板に吸着された有機物質前駆体と反応し、これにより、基板の上に２成分系または３成分系の酸化物薄膜が形成されることが可能になる。
【0062】
次いで、チャンバー４００のガス吹付け部６００に供給される反応ガスを遮断し、これと同時に、基板Ｓの上にパージガスを吹き付けてチャンバー４００の反応空間内に存在する未反応ガスをパージする（または、取り除く）反応ガスのパージ工程を行う。このような混合された原料ガスの吹き付け工程、原料ガスのパージ工程、反応ガスの吹き付け工程及び反応ガスのパージ工程は、一つのサイクル（ｃｙｃｌｅ）をなし、混合された原料ガスの吹き付け工程、原料ガスのパージ工程、反応ガスの吹き付け工程、及び反応ガスのパージ工程からなるサイクルを複数回繰り返し行って基板Ｓの上に酸化物薄膜を蒸着することになる。
【0063】
このように、本発明の実施形態によれば、酸化物薄膜を蒸着するための複数の原料ガスを均一に混合して基板の上に与えることができる。なお、基板の上に蒸着される酸化物薄膜の組成を所望の特性に応じて容易に変更することができる。
【0064】
以上、本発明の好適な実施形態が特定の用語を用いて説明及び図示されたが、これらの用語は、単に本発明を明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の実施形態及び記述された用語は、特許請求の範囲の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更及び変化が加えられるということは明らかである。これらの変形された実施形態は、本発明の思想及び範囲から個別的に理解されてはならず、本発明の特許請求の範囲内に属するものというべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】