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KR20220166283A - 성막장치 및 성막방법 - Google Patents

성막장치 및 성막방법 Download PDF

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KR20220166283A
KR20220166283A KR1020227035102A KR20227035102A KR20220166283A KR 20220166283 A KR20220166283 A KR 20220166283A KR 1020227035102 A KR1020227035102 A KR 1020227035102A KR 20227035102 A KR20227035102 A KR 20227035102A KR 20220166283 A KR20220166283 A KR 20220166283A
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KR
South Korea
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mist
fluid
carrier gas
film forming
mixed
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020227035102A
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English (en)
Inventor
타카히로 사카츠메
Original Assignee
신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 filed Critical 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 성막장치로서, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고, 상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 성막장치이다. 이에 따라, 성막속도가 우수한 미스트CVD법을 적용가능한 성막장치를 제공한다.

Description

성막장치 및 성막방법
본 발명은, 미스트상의 원료를 이용하여 기체(基體) 상에 성막을 행하는 성막장치 및 성막방법에 관한 것이다.
종래, 펄스레이저 퇴적법(堆積法)(Pulsed laser deposition: PLD), 분자선 에피택시법(Molecular beam epitaxy: MBE), 스퍼터링법 등의 비평형상태를 실현할 수 있는 고진공 성막장치가 개발되고 있으며, 이제까지의 융액법 등으로는 제작불가능했던 산화물 반도체의 제작이 가능해져 왔다.
또한, 무화(霧化)된 미스트상의 원료를 이용하여, 기판 상에 결정성장시키는 미스트화학기상성장법(Mist Chemical Vapor Deposition: Mist CVD. 이하, 「미스트CVD법」이라고도 한다.)이 개발되고, 커런덤구조를 갖는 산화갈륨(α-Ga2O3)의 제작이 가능해져 왔다. α-Ga2O3은, 밴드갭이 큰 반도체로서, 고내압, 저손실 및 고내열을 실현할 수 있는 차세대 스위칭소자에의 응용이 기대되고 있다.
미스트CVD법에 관하여, 특허문헌 1에는, 관상 노형의 미스트CVD장치가 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 파인채널형의 미스트CVD장치가 기재되어 있다. 특허문헌 3에는, 리니어소스형의 미스트CVD장치가 기재되어 있다. 특허문헌 4에는, 관상로의 미스트CVD장치가 기재되어 있으며, 특허문헌 1에 기재된 미스트CVD장치와는, 미스트발생기 내에 캐리어가스를 도입하는 점에서 상이하다. 특허문헌 5에는, 미스트발생기의 상방에 기판을 설치하고, 추가로 서셉터가 핫플레이트 상에 설치된 회전스테이지인 미스트CVD장치가 기재되어 있다.
도 13에, 특허문헌 6의 도 1에 있어서의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과 희석가스를 반송하는 배관의 접속부(301h)의 확대도를 나타낸다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 6에는, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)의 각각에 대하여, 희석가스인 첨가용유체를 반송하는 배관(303)을 직각으로 접속하고, 원료공급계에서 제작한 미스트를 캐리어가스에 의해 반송하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 흐름의 벡터A에 대하여, 직교하는 첨가용유체의 흐름의 벡터B를 갖는 희석가스(첨가용유체)를 혼합하고, 혼합된 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 흐름의 벡터A와 평행한 미스트CVD장치가 기재되어 있다. 희석가스를 이용함으로써, 미스트의 반송량과 독립적으로 혼합미스트유체의 선(線)속도를 조정하고, 이러한 혼합미스트유체를, 상대되는 방향으로 공급하는 공급수단을 이용함으로써 면 내 막두께분포를 개선하고 있다.
일본특허공개 H1-257337호 공보 일본특허공개 2005-307238호 공보 일본특허공개 2012-46772호 공보 일본특허 제5397794호 공보 일본특허공개 2014-63973호 공보 일본특허공개 2020-2396호 공보 일본특허공개 2020-2426호 공보
미스트CVD법은, 다른 CVD법과는 달리 비교적 저온에서 성막을 행할 수 있어, α-Ga2O3의 커런덤구조와 같은 준안정상의 결정구조도 제작가능하다.
그러나, 본 발명자는, 미스트의 반송 중에, 희석가스인 첨가용유체에 의해 미스트가 배관에 충돌하여 결로되거나, 및/또는, 첨가용유체가 미스트를 포함하는 캐리어가스의 배관으로 역류함으로써, 미스트의 반송효율이 저하되고, 성막속도가 저하된다는 새로운 문제점을 발견하였다. 이 문제는, 유량이 많아질수록, 즉, 많은 가스를 필요로 하는 대면적기체나 복수 매의 기체에의 성막을 행할 때에 현저하였다. 이러한 문제에 대하여, 특허문헌 7에서는, 미스트반송부를 가열함으로써 미스트의 수명을 늘리고, 성막속도를 향상시키는 미스트CVD장치가 기재되어 있다. 그러나, 이 방법을 이용해도, 성막속도의 저하는 완전히는 해소되지 않았다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 성막속도가 우수한 미스트CVD법을 적용가능한 성막장치, 및, 성막속도가 우수한 성막방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것이며, 성막장치로서, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체(氣體)를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고, 상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 성막장치를 제공한다.
이러한 성막장치에 따르면, 간편한 장치구성에 의해, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 억제할 수 있는 것이 된다. 또한, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있어, 성막속도를 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
이때, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각을 180도로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 더욱 억제할 수 있는 것이 된다. 또한, 접속부의 배관벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있어, 성막속도를 더욱 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
이때, 상기 첨가용유체의 선속도가 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배인 것으로 할 수 있다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
또한, 본 발명은, 성막장치로서, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체(氣體)를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고, 상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 100도 이상이며, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 것인 성막장치를 제공한다.
이러한 성막장치에 따르면, 간편한 장치구성에 의해, 대유량의 가스를 흐르게 하는 경우에 있어서도, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 억제할 수 있는 것이 된다. 또한, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있어, 성막속도를 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
이때, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 더욱 억제할 수 있는 것이 된다. 또한, 접속부의 배관벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있어, 성막속도를 더욱 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
이때, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 10배 이상으로 하는 것인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
이때, 상기 접속부재의 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 접속하는 부분의 단면적이, 상기 접속부재의 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과 접속하는 부분의 단면적 이하인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 첨가용유체의 유량이 적어도, 첨가용유체의 선속도를 크게 할 수 있는 것이 되고, 미스트의 선속도의 자유도가 높아져, 공업적으로 유리해진다.
이때, 상기 캐리어가스의 유량을, 8L/min 이상으로 하는 것인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 많은 유량을 필요로 하는 대면적기판에의 성막에 있어서도, 보다 큰 성막속도로 성막할 수 있는 것이 된다.
이때, 상기 기체로서 면적이 10cm2 이상인 것을 처리하는 것이 가능한 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 보다 빠른 성막속도로, 대면적으로 막을 성막하는 것이 가능한 것이 된다.
또한, 본 발명은, 성막방법으로서, 미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과, 상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과, 상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과, 상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 60도 이하로 하는 성막방법을 제공한다.
이러한 성막방법에 따르면, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 억제할 수 있고, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있기 때문에, 미스트의 반송효율을 크게 개선하고, 성막속도를 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 0도로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 보다 억제할 수 있어, 미스트의 반송효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해지고, 성막속도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트의 반송효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해지고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스흐름이 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명은, 또한, 성막방법으로서, 미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과, 상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과, 상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과, 상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 80도 이하로 하며, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 성막방법을 제공한다.
이러한 성막방법에 따르면, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 억제할 수 있고, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있기 때문에, 미스트의 반송효율을 크게 개선하고, 성막속도를 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을, 60도 이하로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 보다 억제할 수 있어, 미스트의 반송효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해지고, 성막속도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 10배 이상으로 할 수 있다.
이에 따라, 미스트의 반송효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해지고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스흐름이 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 상기 캐리어가스의 유량을 8L/min 이상으로 할 수 있다.
이에 따라, 많은 유량을 필요로 하는 대면적기판에의 성막에 있어서도, 보다 큰 성막속도로 성막할 수 있다.
이때, 상기 기체로서 면적이 10cm2 이상인 것을 이용할 수 있다.
이에 따라, 보다 빠른 성막속도로, 대면적으로 막을 성막하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명의 성막장치에 따르면, 간편한 장치구성에 의해, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관에의 첨가용유체의 역류를 억제할 수 있고, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있어, 미스트의 반송효율이 좋고, 성막속도를 크게 개선하는 것이 가능한 것이 된다. 또한, 본 발명의 성막방법에 따르면, 간편한 방법에 의해, 미스트의 반송효율을 크게 개선하고, 성막속도를 크게 개선하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 성막장치의 개략구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 개략구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 미스트화부의 일례를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 10은 실시예 13에서 이용한 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부를 설명하는 도면이다.
도 11은 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 성막장치에 있어서의 원료공급계의 접속부의 일례를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 서술한 바와 같이, 성막속도가 우수한 미스트CVD법을 적용가능한 성막장치, 및, 성막속도가 우수한 성막방법이 요구되고 있었다.
본 발명자는, 상기 과제에 대하여 예의검토를 거듭한 결과, 성막장치로서, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고, 상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 성막장치에 의해, 성막속도가 우수한 미스트CVD법을 적용할 수 있는 성막장치가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자는, 또한, 성막장치로서, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고, 상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 100도 이상이며, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 것인 성막장치에 의해, 성막속도가 우수한 미스트CVD법을 적용할 수 있는 성막장치가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
또한, 성막방법으로서, 미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과, 상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과, 상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과, 상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 60도 이하로 하는 성막방법에 의해, 성막속도가 우수한 성막방법이 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
나아가, 성막방법으로서, 미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과, 상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과, 상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과, 상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 80도 이하로 하며, 상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 성막방법에 의해, 성막속도가 우수한 성막방법이 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
여기서, 본 발명에서 말하는 미스트란, 기체 중에 분산된 액체의 미립자의 총칭을 가리키며, 안개, 액적 등으로 불리는 것도 포함한다.
본 발명에 따른 성막장치는, 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와, 미스트화부에 접속되어, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과, 성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와, 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부를 적어도 구비하고 있다. 이하에서는, 본 발명에 따른 성막장치의 구성요소를 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 사항에 대해서는, 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다.
(성막장치)
도 1에 본 발명에 따른 성막장치(401)의 일례를 나타낸다. 성막장치(401)는, 캐리어가스공급부(120)와, 첨가용유체공급부(130)와, 미스트화부(201)와, 미스트를 열처리하여 기체(403) 상에 성막을 행하는 성막부(420)와, 혼합미스트유체반송부(107)와, 첨가용유체공급부(130), 미스트화부(201), 혼합미스트유체반송부(107)를 접속하는 접속부(301)를 갖는다. 또한, 성막장치(401)는, 성막장치(401)의 전체 또는 일부를 제어하는 제어부(도시생략)를 구비함으로써, 그 동작이 제어될 수도 있다. 이하, 성막부(420)와, 원료의 흐름으로부터 보아 성막부(420)의 상류측인 원료공급계(101)(도 2 참조)로 나누어 설명한다.
(원료공급계)
도 2에, 본 발명에 따른 원료공급계(101)의 일례를 나타낸다. 원료공급계(101)는, 원료용액(102a)을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부(201)와, 미스트를 반송하는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급부(120)와, 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는 첨가용유체를 공급하는 첨가용유체공급부(130)와, 미스트를 포함하는 캐리어가스와 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 혼합미스트유체반송부(107)와, 미스트화부(201)와 첨가용유체공급부(130)와 혼합미스트유체반송부(107)를 접속하는 접속부(301)를 갖는다. 캐리어가스공급부(120)는 미스트화부(201)를 개재하여, 첨가용유체공급부(130) 및 혼합미스트유체반송부(107)와 접속된다.
(미스트화부)
미스트화부(201)에서는, 원료용액(102a)을 조제하고, 상기 원료용액(102a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다. 미스트화수단은, 원료용액(102a)을 미스트화할 수만 있으면 특별히 한정되지 않고, 공지된 미스트화수단일 수 있는데, 초음파진동에 의한 미스트화수단을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 안정적으로 미스트화할 수 있기 때문이다.
이러한 미스트화부(201)의 일례를, 도 3도 함께 참조하면서 설명한다. 예를 들어, 미스트화부(201)는, 원료용액(102a)이 수용되는 미스트발생원(102)과, 초음파진동을 전달가능한 매체, 예를 들어 물(103a)이 들어가는 용기(103)와, 용기(103)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(104)를 포함할 수도 있다. 상세하게는, 원료용액(102a)이 수용되어 있는 미스트발생원(102)이, 물(103a)이 수용되어 있는 용기(103)에, 지지체(도시생략)를 이용하여 수납되어 있다. 용기(103)의 바닥부에는, 초음파진동자(104)가 설치되어 있고, 초음파진동자(104)와 발진기(202)가 접속되어 있다. 그리고, 발진기(202)를 작동시키면 초음파진동자(104)가 진동하고, 물(103a)을 개재하여 미스트발생원(102) 내에 초음파가 전파되어, 원료용액(102a)이 미스트화되도록 구성되어 있다.
(캐리어가스공급부)
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 캐리어가스공급부(120)는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(105a)을 갖는다. 이때, 캐리어가스원(105a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(105b)를 구비하고 있을 수도 있다.
캐리어가스의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 성막물에 따라 적절히 선택가능하다. 예를 들어, 산소, 오존, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스, 또는 수소가스나 포밍가스 등의 환원가스 등을 들 수 있다. 또한, 캐리어가스의 종류는 1종류일 수도, 2종류 이상일 수도 있다. 예를 들어, 제1의 캐리어가스와 동일한 가스를 그 이외의 가스로 희석한(예를 들어, 10배로 희석한) 희석가스 등을, 제2의 캐리어가스로서 더욱 이용할 수도 있고, 공기를 이용할 수도 있다.
또한, 캐리어가스의 공급개소는 1개소뿐만이 아니라, 2개소 이상 있을 수도 있다. 캐리어가스의 유량은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 직경 4인치(약 100mm)의 기체 상에 성막하는 경우에는, 1~80L/min으로 하는 것이 바람직하고, 2~20L/min으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 발명에 있어서의 유량은 20℃에 있어서의 측정값으로 하고, 그 외의 온도에서 측정한 경우나 상이한 종류의 유량(질량유량 등)을 측정한 경우에는, 기체의 상태방정식을 이용하여 20℃에 있어서의 체적유량으로 환산할 수 있다.
(첨가용유체공급부)
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 첨가용유체공급부(130)는 첨가용유체를 공급하는 첨가용유체원(106a)을 갖는다. 이때, 첨가용유체원(106a)으로부터 송출되는 첨가용유체 중의 기체의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(106b)를 구비하고 있을 수도 있다.
첨가용유체는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 한다. 기체의 종류는 특별히 한정되지 않고, 성막물에 따라 적절히 선택가능하다. 예를 들어, 산소, 오존, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스, 또는 수소가스나 포밍가스 등의 환원가스 등을 들 수 있다. 또한, 첨가용유체는 1종류 이상의 가스가 주성분이면, 미스트를 포함하고 있을 수도 있다.
또한, 첨가용유체의 공급개소도 1개소뿐만이 아니라, 2개소 이상 있을 수도 있다. 첨가용유체 중의 기체의 유량은, 특별히 한정되지 않는다. 직경 4인치(약 100mm)의 기체 상에 성막하는 경우에는, 1~80L/min으로 하는 것이 바람직하고, 4~40L/min으로 하는 것이 보다 바람직하다.
(접속부)
접속부(301)의 일례를, 도 4도 함께 참조하면서 설명한다. 접속부(301)는, 미스트화부(201)에 접속되어, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과, 첨가용유체공급부(130)에 있어서, 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 성막부(402)와 접속하는 혼합미스트유체반송부(107)에 있어서, 미스트를 포함하는 캐리어가스와 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304), 및, 이들 배관을 접속하는 접속부재(305)를 갖는다.
이들 배관 및 접속부재의 재질은, 유리, 석영, 염화비닐, 염소화폴리에테르, 아크릴 수지, 불소 수지(퍼플루오로알콕시알칸, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 폴리우레탄 등을 들 수 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 성막장치에 있어서, 접속부(301)는, 상기 접속부재(305)에 의해 접속되는, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도 이상이 되도록 접속부재(305)에 의해 접속한다. 특히, 180도로 하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 도 5의 접속부(301a)는, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도인 예이고, 도 4의 접속부(301)는 θ가 180도인 예이다. 접속부(301)를 상기와 같은 구조로 하면, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 크기(120도 이상) 때문에, 첨가용유체의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)에의 역류가 억제되고, 또한, 미스트를 포함하는 캐리어가스가 어떻게 접속되어도, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있는 것이 된다. 한편, 흐름의 벡터(도면 중의 A~C)에 대해서는, 후술한다.
첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도 이상이면, 도 6의 접속부(301b)의 접속부재(305b)나 도 7의 접속부(301c)의 접속부재(305c)와 같이, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)의 방향(접속되는 각도)은 한정되지 않는다.
첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도 이상이면, 도 8의 접속부(301d)의 접속부재(305d)와 같이, 첨가용유체를 반송하는 제2의 배관(303d)이 접속되어 있을 수도 있다. 이 경우, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 첨가용유체를 반송하는 제2의 배관(303d)의 각각과 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각은, 상이할 수도 있다. 또한, 도 9와 같이, 각 배관을 접속하는 부분의 굵기나 단면적이 상이할 수도 있다.
또한, 이때, 첨가용유체의 선속도가, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배가 되는 것으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하기 위해서는, 상기 서술한 제어부에 의해 각 유체의 유량을 제어할 수도 있고, 첨가용유체의 유량이나 배관의 단면적과, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 유량이나 배관의 단면적을 조정함으로써도 가능하다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
본 발명에 따른 성막장치에서는, 또한, 접속부(301)는, 상기 접속부재(305)에 의해 접속되는, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 100도 이상이 되도록 접속부재(305)에 의해 접속함과 함께, 접속부(301)에 있어서의 첨가용유체의 선속도를, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 한다. 이때, 특히, 120도 이상으로 하는 것이 바람직하고, 180도로 하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 도 5의 접속부(301a)의 접속부재(305a)는, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도인 예이고, 도 4는 θ가 180도인 예이다. 접속부(301)를 상기와 같은 구조로 하면, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 크기(100도 이상) 때문에, 첨가용유체의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)에의 역류가 억제되고, 또한, 미스트를 포함하는 캐리어가스가 어떻게 접속되어도, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 억제할 수 있는 것이 된다.
또한, 이때, 첨가용유체의 선속도는, 접속부(301)에 있어서의 첨가용유체의 선속도가 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상이면, 특별히 한정되지 않는다. 10배 이상에서는, 더욱 본 발명의 효과가 현저하게 발휘된다. 또한, 선속도의 비의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 첨가용유체의 속도가 빠르면 빠를수록, 본 발명의 구성에 따른 성막속도의 저하를 억제하는 효과가 현저하게 발휘된다. 이와 같이 하기 위해서는, 상기 서술한 제어부에 의해 각 유체의 유량을 제어할 수도 있고, 첨가용유체의 유량이나 배관의 단면적과, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 유량이나 배관의 단면적을 조정함으로써도 가능하다. 접속부(301)에 있어서, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적을, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적 이하로 할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 접속부(301e)의 접속부재(305e)와 같이, 접속부재(305e)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분을 다른 배관과 접속하는 부분보다 가늘게 함(단면적을 작게 함)으로써, 소량의 첨가용유체로 선속도를 크게 할 수 있고, 미스트의 선속도의 자유도가 높아져, 공업적으로 유리해진다. 또한, 성막부에 공급되는 가스의 총량이 많으면, 성막부의 열이 가스에 의해 빼앗겨, 성막되는 막의 결정성이 저하되는 문제가 발생한다. 이 때문에, 도 9와 같은 구성으로 함으로써, 가스에 의한 배열(排熱)을 억제하면서, 미스트의 반송효율을 높이고, 성막속도를 크게 하는 것이 가능해진다.
또한, 선속도는, 20℃에 있어서의 체적유량을 단면적으로 나눔으로써 산출할 수 있다. 그 외의 온도에서 측정한 경우나 상이한 종류의 유량(질량유량 등)을 측정한 경우에는, 기체의 상태방정식을 이용하여 20℃에 있어서의 체적유량으로 환산할 수 있다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 보다 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
(성막부)
성막부(420)에서는, 미스트를 가열하여 열반응을 발생시켜, 기체(403)의 표면의 일부 또는 전부에 성막을 행한다. 성막부(420)는, 예를 들어, 성막실(402)을 구비하고, 성막실(402) 내에는 기체(403)가 설치되어 있으며, 기체(403)를 가열하기 위한 핫플레이트(404)를 구비할 수 있다. 핫플레이트(404)는, 도 1에 나타나는 바와 같이 성막실(402)의 외부에 마련되어 있을 수도 있고, 성막실(402)의 내부에 마련되어 있을 수도 있다. 또한, 성막실(402)에는, 기체(403)에의 미스트의 공급에 영향을 미치지 않는 위치에, 배기가스의 배기구(405)가 마련되어 있을 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 기체(403)를 성막실(402)의 상면에 설치하거나 하여, 페이스다운으로 할 수도 있고, 기체(403)를 성막실(402)의 바닥면에 설치하여, 페이스업으로 할 수도 있다.
나아가, 성막장치는, 성막부에 있어서 기체로서 면적이 10cm2 이상인 것을 처리하는 것이 가능한 것이 보다 바람직하다. 기체가 원형의 웨이퍼인 경우, 예를 들어 직경 2인치(약 50mm) 이상인 것을 처리가능한 것이 바람직하다. 이와 같은 성막장치이면, 보다 빠른 성막속도로, 대면적으로 막을 성막하는 것이 가능한 것이 된다.
(원료용액)
원료용액(102a)은, 미스트화가 가능한 재료를 포함하고 있으면 특별히 한정되지 않고, 무기재료일 수도, 유기재료일 수도 있다. 금속 또는 금속 화합물이 호적하게 이용되며, 갈륨, 철, 인듐, 알루미늄, 바나듐, 티탄, 크롬, 로듐, 니켈 및 코발트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 원료용액(102a)은, 상기 금속을 미스트화할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는데, 상기 원료용액(102a)으로서, 상기 금속을 착체 또는 염의 형태로, 유기용매 또는 물에 용해 또는 분산시킨 것을 호적하게 이용할 수 있다. 착체의 형태로는, 예를 들어, 아세틸아세토네이트 착체, 카르보닐 착체, 암민 착체, 하이드라이드 착체 등을 들 수 있다. 염의 형태로는, 예를 들어, 염화금속염, 브롬화금속염, 요오드화금속염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속을, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산 등에 용해한 것도 염의 수용액으로서 이용할 수 있다.
또한, 상기 원료용액(102a)에, 할로겐화수소산이나 산화제 등의 첨가제를 혼합할 수도 있다. 상기 할로겐화수소산으로는, 예를 들어, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산 등을 들 수 있는데, 그 중에서도, 브롬화수소산 또는 요오드화수소산이 바람직하다. 상기 산화제로는, 예를 들어, 과산화수소(H2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 과산화바륨(BaO2), 과산화벤조일(C6H5CO)2O2 등의 과산화물, 차아염소산(HClO), 과염소산, 질산, 오존수, 과아세트산이나 니트로벤젠 등의 유기과산화물 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 원료용액(102a)에는, 도펀트가 포함되어 있을 수도 있다. 상기 도펀트는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 주석, 게르마늄, 규소, 티탄, 지르코늄, 바나듐 또는 니오븀 등의 n형 도펀트, 또는, 구리, 은, 주석, 이리듐, 로듐 등의 p형 도펀트 등을 들 수 있다. 도펀트의 농도는, 예를 들어, 약 1×1016/cm3~1×1022/cm3일 수도 있고, 약 1×1017/cm3 이하의 저농도로 할 수도, 약 1×1020/cm3 이상의 고농도로 할 수도 있다.
(기체)
기체(403)는, 성막가능하며 막을 지지할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 상기 기체(403)의 재료도, 특별히 한정되지 않고, 공지된 기체를 이용할 수 있으며, 유기 화합물일 수도 있고, 무기 화합물일 수도 있다. 예를 들어, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 불소 수지, 철이나 알루미늄, 스테인리스강, 금 등의 금속, 실리콘, 사파이어, 석영, 유리, 산화갈륨, 탄탈산리튬 등을 들 수 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 기체의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 바람직하게는, 10~2000μm이고, 보다 바람직하게는 50~800μm이다. 기체의 면적은 특별히 한정되지 않는데, 10cm2 이상이 바람직하다. 기체가 원형의 웨이퍼인 경우는, 예를 들어 직경 2인치(약 50mm) 이상인 것이 바람직하다. 빠른 성막속도로, 대면적으로 막을 성막할 수 있기 때문이다.
또한, 성막은 기체 상에 직접 행할 수도 있고, 기체 상에 형성된 중간층의 위에 적층시킬 수도 있다. 중간층은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 알루미늄, 티탄, 바나듐, 크롬, 철, 갈륨, 로듐, 인듐, 이리듐 중 어느 것을 포함하는 산화물을 주성분으로 할 수 있다. 보다 구체적으로는, Al2O3, Ti2O3, V2O3, Cr2O3, Fe2O3, Ga2O3, Rh2O3, In2O3, Ir2O3이고, 또한 상기 금속원소로부터 선택되는 2원소를 A, B로 한 경우에 (AxB1-x)2O3(0<x<1)으로 표시되는 2원계의 금속 산화물이나, 혹은, 상기 금속원소로부터 선택되는 3원소를 A, B, C로 한 경우에 (AxByC1-x-y)2O3(0<x<1, 0<y<1)으로 표시되는 3원계의 금속 산화물로 할 수 있다.
(성막방법)
본 발명에 따른 성막방법은, 미스트화부(201)에 있어서 원료용액(102a)을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과, 미스트화부(201)에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 미스트화부(201)로부터 반송하는 공정과, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과, 혼합미스트유체를 성막부(420)에 반송하는 공정과, 성막부(420)에 있어서, 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체(403) 상에 성막을 행하는 공정을 포함하고 있다. 그리고, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 60도 이하로 하는 것에 특징을 갖고 있다.
이하, 도 1, 2를 참조하면서, 본 발명에 따른 성막방법의 일례를 설명한다. 본 발명에 따른 성막방법의 1실시형태는, 원료공급계에 있어서, 원료용액을 무화 또는 액적화하여 생성되는 미스트를 캐리어가스로써 성막부 내의 기체까지 반송할 때에, 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하고, 기체 상에서 상기 미스트를 열반응시켜 성막하는 것이다.
먼저, 원료용액(102a)을 미스트발생원(102) 내에 수용하고, 기체(403)를 핫플레이트(404) 상에 직접 또는 성막실(402)의 벽을 개재하여 설치하고, 핫플레이트(404)를 작동시킨다. 다음으로, 유량조절밸브(105b)를 열어 캐리어가스원(105a)으로부터 캐리어가스를 성막실(402) 내에 공급하고, 성막실(402)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 첨가용유체 중의 기체의 유량을 유량조절밸브(105b, 106b)에 의해 각각 조절한다.
다음으로, 미스트화부(201)에 있어서, 초음파진동자(104)를 진동시키고, 그 진동을, 물(103a)을 통해 원료용액(102a)에 전파시킴으로써, 원료용액(102a)을 미스트화시켜 미스트를 생성한다(미스트를 생성하는 공정).
다음으로, 미스트는, 미스트화부(201)에 공급된 캐리어가스에 의해 접속부(301)로 반송된다(미스트를 포함하는 캐리어가스를 미스트화부로부터 반송하는 공정).
그리고, 접속부(301)에 있어서, 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성한다(혼합미스트유체를 형성하는 공정).
이때, 도 4, 5에 나타내는 바와 같이, 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각을 60도 이하로 한다. 한편, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각을 θ(도)로 했을 때에, 상기 벡터B와 C의 각도는 180-θ(도)에 대응하고 있다. 즉, 상기 접속부(301)에 대하여 설명한 바와 같이, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이루는 각θ가 120도 이상이 되도록 접속하여, 첨가용유체와 혼합미스트유체를 반송하는 경우에 대하여, 「첨가용유체의 흐름의 벡터B와 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각」으로 표현하면, 60도 이하가 된다. 접속부(301)에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각을 60도로 할 수 있고, 또한, 0도로 할 수도 있다. 이와 같이, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각이 60도 이하가 되도록 한다. 특히, 0도가 보다 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이, 도 5는, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각θ가 120도인 예인데, 이러한 접속부(301)에 가스를 흐르게 한 경우, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각은 60도가 된다. 도 4에 나타내는 예(θ=180도)에서는, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각은 0도가 된다.
첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각이 60도 이하이면, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 흐름의 벡터A(방향)는 한정되지 않는다(도 6, 7 참조).
또한, 이때, 첨가용유체의 선속도를, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각 배관의 단면적에 따라, 첨가용유체의 유량이나 미스트를 포함하는 캐리어가스의 유량을 조정할 수 있다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부(301)에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능한 것이 된다.
나아가, 혼합미스트유체반송부(107)를 거쳐, 혼합미스트유체는, 성막실(402) 내의 기체(403)로 반송된다(혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정). 이와 같이 하여 혼합미스트유체를 성막부에 반송함으로써, 성막부(420)에의 미스트의 반송효율을 높이는 것이 가능해진다.
나아가, 혼합미스트유체 중의 미스트는 성막실(402) 내에서 핫플레이트(404)의 열에 의해 열반응하여, 기체(403) 상에 성막된다. 이와 같이 하여 미스트의 공급을 행함으로써, 성막실(402) 내에 도입된 미스트는, 기체(403) 상에 높은 성막속도로 성막된다(성막을 행하는 공정). 한편, 성막실(402) 내의 가스는, 기체(403)의 상방에 마련된 배기구(405)로부터 외부로 배기될 수도 있다.
열반응은, 가열에 의해 미스트가 반응하면 되고, 반응조건 등도 특별히 제한되지 않는다. 원료는 성막물에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 가열온도는 120~600℃의 범위이고, 바람직하게는 200~600℃의 범위이고, 보다 바람직하게는 300~550℃의 범위로 할 수 있다.
열반응은, 진공하, 비산소분위기하, 환원가스분위기하, 공기분위기하 및 산소분위기하의 어느 분위기하에서 행해질 수도 있고, 성막물에 따라 적절히 설정하면 된다. 또한, 반응압력은, 대기압하, 가압하 또는 감압하의 어느 조건하에서 행해질 수도 있는데, 대기압하의 성막이면, 장치구성을 간략화할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에 따른 성막방법은, 또한, 상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 80도 이하로 하며, 접속부(301)에 있어서의 첨가용유체의 선속도가, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상인 것에 특징을 갖고 있다.
이때, 도 4, 5에 나타내는 바와 같이, 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각을 80도 이하로 한다. 한편, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각을 θ(도)로 했을 때에, 상기 벡터B와 C의 각도는 180-θ(도)에 대응하고 있다. 즉, 상기 접속부(301)에 대하여 설명한 바와 같이, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이루는 각θ가 100도 이상이 되도록 접속하여, 첨가용유체와 혼합미스트유체를 반송하는 경우에 대하여, 「첨가용유체의 흐름의 벡터B와 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각」으로 표현하면, 80도 이하가 된다. 접속부(301)에 있어서, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각을 60도로 할 수 있고, 또한, 0도로 할 수도 있다. 이와 같이, 첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각이 80도 이하가 되도록 한다. 특히, 60도 이하가 바람직하고, 0도가 보다 바람직하다.
첨가용유체의 흐름의 벡터B와, 혼합미스트유체의 흐름의 벡터C가 이루는 각이 80도 이하이면, 미스트를 포함하는 캐리어가스의 흐름의 벡터A(방향)는 한정되지 않는다(도 6, 7 참조).
또한, 이때, 첨가용유체의 선속도는, 접속부(301)에 있어서의 첨가용유체의 선속도가 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상이면, 특별히 한정되지 않는다. 10배 이상에서는, 더욱 본 발명의 효과가 현저하게 발휘된다. 또한, 선속도의 비의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 첨가용유체의 속도가 빠르면 빠를수록, 본 발명의 구성에 따른 성막속도의 저하를 억제하는 효과가 현저하게 발휘된다. 예를 들어, 각 배관의 단면적에 따라, 첨가용유체의 유량이나 미스트를 포함하는 캐리어가스의 유량을 조정할 수 있다.
이에 따라, 접속부벽면에의 충돌에 의한 미스트의 감소를 더욱 억제할 수 있고, 또한, 이젝터효과에 의해, 접속부(301)에 있어서 고속의 첨가용유체로 저속의 미스트를 포함하는 캐리어가스가 끌어당겨짐으로써, 안정적으로 미스트를 반송하는 것이 가능해지고, 성막속도를 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 있어서는, 성막 후, 어닐처리를 행할 수도 있다. 어닐처리의 온도는, 특별히 한정되지 않는데, 600℃ 이하가 바람직하고, 550℃ 이하가 보다 바람직하다. 막의 결정성을 손상시키지 않기 때문이다. 어닐처리의 처리시간은, 특별히 한정되지 않는데, 10초~10시간으로 하는 것이 바람직하고, 10초~1시간으로 하는 것이 보다 바람직하다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하는데, 이것은 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1)
먼저, 도 1을 참조하면서, 실시예 1에서 이용한 성막장치(401)를 설명한다. 성막장치(401)로는, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(105a)과, 캐리어가스원(105a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(105b)와, 첨가용유체를 공급하는 첨가용유체원(106a)과, 첨가용유체원(106a)으로부터 송출되는 첨가용유체 중의 기체의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(106b)와, 원료용액(102a)이 수용되는 미스트발생원(102)과, 물(103a)이 수용되는 용기(103)와, 용기(103)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(104)와, 성막실(402)과, 미스트발생원(102)으로부터 성막실(402)까지를 연결하는, 배관, 접속부(301) 및 혼합미스트유체반송부(107)와, 성막실(402)의 외부에 마련한 핫플레이트(404)를 구비한 것을 사용하였다.
실시예 1에 있어서, 접속부(301)는, 도 4와 같이, T자형의 접속부재(305)를 이용하고, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)제의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이들 배관이 이루는 각이 180도가 되도록 접속부재(305)에 접속하고, 이들 배관에 대하여 각각 90도를 이루도록, PFA제의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 접속부재(305)에 접속되어 있다.
먼저, 원료용액의 제작을 행하였다. 요오드화갈륨 0.05mol/L의 수용액을 조정하고, 추가로 48% 요오드화수소산용액을 체적비로 10%가 되도록 함유시켜, 이것을 원료용액(102a)으로 하였다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻은 원료용액(102a)을 미스트발생원(102) 내에 수용하였다. 다음으로, 기체(403)로서 직경 4인치(약 100mm)의 c면 사파이어기체를, 성막실(402) 내에서 핫플레이트(404)에 재치하고, 핫플레이트(404)를 작동시켜 온도를 450℃로 승온하였다.
다음으로, 유량조절밸브(105b)를 열어 캐리어가스원(105a)으로부터 캐리어가스를 성막(402) 내에 공급하고, 성막실(402)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 8L/min, 40L/min으로 조절하였다. 한편, 캐리어가스 및, 첨가용유체에는 질소를 이용하였다.
다음으로, 초음파진동자(104)를 2.4MHz로 진동시키고, 그 진동을, 물(103a)을 통해 원료용액(102a)에 전파시킴으로써, 원료용액(102a)을 미스트화하여 미스트를 생성하였다. 이 미스트를, 캐리어가스에 의해 접속부(301)에 반송하고, 접속부(301) 내에서 첨가용유체와 혼합하고, 혼합미스트유체반송부(107)를 거쳐 성막실(402) 내에 도입하였다. 그리고, 대기압하, 450℃의 조건으로, 성막실(402) 내에서 미스트를 열반응시켜, 기체(403) 상에 커런덤구조를 갖는 산화갈륨(α-Ga2O3)의 박막을 형성하였다. 성막시간은 30분으로 하였다.
미스트발생원(102) 내의 원료용액(102a)의 시간당 감소량을 시간평균 미스트유량으로 정의하고, 시간평균 미스트유량의 측정, 및 성막을 행하였다.
기체(403) 상에 형성한 박막에 대하여, 측정개소를 기체(403) 상의 면 내의 17점으로 하여, 단차계를 이용해서 막두께를 측정하고, 각각의 값으로부터 평균 막두께를 산출하였다.
시간평균 미스트유량은, 3.2g/min, 평균 막두께는, 660nm이고, 평균 막두께를 성막시간으로 나눈 성막속도는 1320nm/h였다.
(실시예 2)
도 5와 같이 θ=120도인 Y자형의 관을 접속부재(305a)로서 이용하고, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각을 모두 120도로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다.
시간평균 미스트유량은, 3.0g/min, 평균 막두께는, 590nm이고, 성막속도는 1180nm/h였다.
(비교예 1)
도 13과 같이 θ=90도인 T자형의 접속부재(305h)를 이용하고, PFA제의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이들 배관이 이루는 각이 180도가 되도록 접속부재(305h)에 접속하고, 이들 배관에 대하여 각각 90도를 이루도록, PFA제의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)을 접속한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다.
시간평균 미스트유량은, 1.7g/min, 평균 막두께는, 230nm이고, 성막속도는 460nm/h였다.
(실시예 3)
캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 20L/min, 5L/min으로 조절한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다. 시간평균 미스트유량은, 4.6g/min, 평균 막두께는, 1140nm이고, 성막속도는 2280nm/h였다.
(비교예 2)
캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 20L/min, 5L/min으로 조절한 것 이외는, 비교예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다. 시간평균 미스트유량은, 2.7g/min, 평균 막두께는, 540nm이고, 성막속도는 1080nm/h였다.
(실시예 4)
캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 2L/min, 50L/min으로 조절한 것, 성막시간을 120분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다. 시간평균 미스트유량은, 0.7g/min, 평균 막두께는, 280nm이고, 성막속도는 140nm/h였다.
(비교예 3)
캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 2L/min, 50L/min으로 조절한 것, 성막시간을 120분으로 한 것 이외는, 비교예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다. 시간평균 미스트유량은, 0.1g/min, 평균 막두께는, 60nm이고, 성막속도는 30nm/h였다.
실시예 1~4 및 비교예 1~3의 결과를, 표 1에 정리하였다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예 1~4와 비교예 1~3의 비교로부터, 첨가용유체를 반송하는 배관과 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각을 120도 이상으로 함으로써, 시간평균 미스트유량이 크게 향상되고, 성막속도도 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
실시예 5에서는, 실시예 1에서 이용한 성막장치(401)와 동일한 장치를 사용하였다. 실시예 1과 상이한 점을 이하에 설명한다.
실시예 5에 있어서, 접속부(301)는, 도 9와 같이 T자형의 접속부재(305e)를 이용하고, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)제의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이들 배관이 이루는 각이 180도가 되도록 접속부재(305e)에 접속하고, 이들 배관에 대하여 각각 90도를 이루도록, PFA제의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 접속부재(305e)에 접속되어 있다. 이때, 접속부재(305e)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305e)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비를 α(=SA/SB)로 했을 때, α는 20이었다. 또한, 이때, 접속부재(305e)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 0.4cm, 접속부재(305e)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 3.6cm였다.
먼저, 원료용액의 제작을 행하였다. 요오드화갈륨 0.05mol/L의 수용액을 조정하고, 추가로 48% 요오드화수소산용액을 체적비로 10%가 되도록 함유시켜, 이것을 원료용액(102a)으로 하였다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻은 원료용액(102a)을 미스트발생원(102) 내에 수용하였다. 다음으로, 기체(403)로서 직경 4인치(약 100mm)의 c면 사파이어기체를, 성막실(402) 내에서 핫플레이트(404)에 재치하고, 핫플레이트(404)를 작동시켜 온도를 450℃로 승온하였다.
다음으로, 유량조절밸브(105b)를 열어 캐리어가스원(105a)으로부터 캐리어가스를 성막(402) 내에 공급하고, 성막실(402)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 첨가용유체의 유량을 각각 8L/min, 4L/min으로 조절하였다. 한편, 캐리어가스 및, 첨가용유체에는 질소를 이용하였다.
다음으로, 초음파진동자(104)를 2.4MHz로 진동시키고, 그 진동을, 물(103a)을 통해 원료용액(102a)에 전파시킴으로써, 원료용액(102a)을 미스트화하여 미스트를 생성하였다. 이 미스트를, 캐리어가스에 의해 접속부(301)에 반송하고, 접속부(301) 내에서 첨가용유체와 혼합하고, 혼합미스트유체반송부(107)를 거쳐 성막실(402) 내에 도입하였다. 그리고, 대기압하, 450℃의 조건으로, 성막실(402) 내에서 미스트를 열반응시켜, 기체(403) 상에 커런덤구조를 갖는 산화갈륨(α-Ga2O3)의 박막을 형성하였다. 성막시간은 60분으로 하였다.
미스트발생원(102) 내의 원료용액(102a)의 시간당 감소량을 시간평균 미스트유량으로 정의하고, 시간평균 미스트유량의 측정, 및 성막을 행하였다.
기체(403) 상에 형성한 박막에 대하여, 측정개소를 기체(403) 상의 면 내의 17점으로 하여, 단차계를 이용해서 막두께를 측정하고, 각각의 값으로부터 평균 막두께를 산출하였다. 평균 막두께를 성막시간으로 나눔으로써, 성막속도를 산출하였다.
(실시예 6~8)
첨가용유체의 유량을 10, 20, 40L/min으로 한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 행하였다.
(비교예 4)
도 13과 같은 θ=90도인 T자형의 접속부재(305h)를 이용하고, PFA제의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)을, 이들 배관이 이루는 각이 180도가 되도록 접속부재(305h)에 접속하고, 이들 배관에 대하여 각각 90도를 이루도록, PFA제의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)을 접속한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 성막, 평가를 행하였다.
(비교예 5~7)
첨가용유체의 유량을 10, 20, 40L/min으로 한 것 이외는, 비교예 4와 동일하게 행하였다.
(실시예 9)
접속부재(305)의 형상을 변경하고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 첨가용유체의 유량을 8L/min으로 한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 성막을 행하였다. 또한, 이때, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 1.8cm, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 1.8cm였다.
(비교예 8)
접속부재(305)의 형상을 변경하고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 첨가용유체의 유량을 8L/min으로 한 것 이외는, 비교예 4와 동일하게 성막을 행하였다. 또한, 이때, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 1.8cm, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 1.8cm였다.
(실시예 10)
접속부재(305)의 형상을 변경하고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 50으로 한 것, 첨가용유체의 유량을 24L/min으로 한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 행하였다. 또한, 이때, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 0.8cm, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 5.6cm였다.
(비교예 9)
접속부재(305)의 형상을 변경하고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 50으로 한 것, 첨가용유체의 유량을 24L/min으로 한 것 이외는, 비교예 4와 동일하게 행하였다. 또한, 이때, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 0.8cm, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 5.6cm였다.
(실시예 11)
도 5와 같이 θ=120도인 Y자형의 관을 접속부재(305a)로서 이용하고, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각을 모두 120도로 한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 성막, 평가를 행하였다.
(실시예 12)
첨가용유체의 유량을 40L/min으로 한 것 이외는, 실시예 11과 동일하게 행하였다.
(실시예 13)
도 10과 같이 θ=100도인 Y자형의 관을 접속부재(305f)로서 이용하고, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)이 이루는 각을 100도, 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각, 혼합미스트유체를 반송하는 배관(304)과 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)이 이루는 각을 모두 130도로 한 것 이외는, 실시예 5와 동일하게 성막, 평가를 행하였다.
(실시예 14)
첨가용유체의 유량을 10L/min으로 한 것 이외는, 실시예 13과 동일하게 행하였다.
실시예 5~14 및 비교예 4~9의 결과를, 표 2에 정리하였다. 한편, 배관각도는 첨가용유체를 반송하는 배관과 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각을 나타내고, 선속도비는, 첨가용유체의 선속도를 캐리어가스의 선속도로 나눈 값을 나타낸다. 또한, 선속도비에 대하여, 시간평균 미스트유량, 성막속도를 각각 플롯한 도면을 도 11, 도 12에 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00002
(실시예 15)
직경 6인치(150mm)의 사파이어기판을 이용한 것, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 캐리어가스의 유량 및 첨가용유체의 유량을 모두 20L/min으로 한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 성막을 행하였다. 이때, 선속도비는 1이고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm, 접속부재(305)와 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm였다. 또한, 시간평균 미스트유량은 4.65g/min, 성막속도는 1.42μm/hr였다.
(실시예 16)
직경 6인치(150mm)의 사파이어기판을 이용한 것, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 캐리어가스의 유량 및 첨가용유체의 유량을 모두 20L/min으로 한 것, 이외는 실시예 11과 동일하게 성막을 행하였다. 이때, 선속도비는 1이고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm, 접속부재(305)와 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm였다. 또한, 시간평균 미스트유량은 4.25g/min, 성막속도는 1.26μm/hr였다.
(실시예 17)
직경 6인치(150mm)의 사파이어기판을 이용한 것, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 캐리어가스의 유량 및 첨가용유체의 유량을 모두 20L/min으로 한 것, 이외는 실시예 13과 동일하게 성막을 행하였다. 이때, 선속도비는 1이고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm, 접속부재(305)와 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm였다. 또한, 시간평균 미스트유량은 4.04g/min, 성막속도는 1.06μm/hr였다.
(비교예 10)
직경 6인치(150mm)의 사파이어기판을 이용한 것, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 단면적SB와, 접속부재(305)의 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 단면적SA의 비α를 1로 한 것, 캐리어가스의 유량 및 첨가용유체의 유량을 모두 20L/min으로 한 것, 이외는 비교예 4와 동일하게 성막을 행하였다. 이때, 선속도비는 1이고, 접속부재(305)의 첨가용유체를 반송하는 배관(303)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm, 접속부재(305)와 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관(302)과 접속하는 부분의 내경은 2.6cm였다. 또한, 시간평균 미스트유량은 1.81g/min, 성막속도는 0.43μm/hr였다.
실시예 5~14와 비교예 4~9, 실시예 15~17과 비교예 10의 비교로부터, 첨가용유체를 반송하는 배관과 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각을 100도 이상으로 하고, 첨가용유체의 선속도를 캐리어가스의 선속도 이상으로 함으로써, 시간평균 미스트유량이 크게 향상되고, 성막속도도 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (17)

  1. 성막장치로서,
    원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와,
    상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체(氣體)를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과,
    성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와,
    상기 미스트를 열처리하여 기체(基體) 상에 성막을 행하는 성막부
    를 적어도 구비하고,
    상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 180도인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가용유체의 선속도가 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  4. 성막장치로서,
    원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부와,
    상기 미스트화부에 접속되어, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스에 혼합하는, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 첨가용유체를 반송하는 적어도 1개 이상의 배관과,
    성막부와 접속하여, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와 상기 첨가용유체를 혼합한 혼합미스트유체를 반송하는 배관과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과, 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관을 접속하는 접속부재와,
    상기 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 성막부
    를 적어도 구비하고,
    상기 접속부재에 의해 접속되는, 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 100도 이상이며,
    상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 상기 혼합미스트유체를 반송하는 배관이 이루는 각이 120도 이상인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 10배 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속부재의 상기 첨가용유체를 반송하는 배관과 접속하는 부분의 단면적이, 상기 접속부재의 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스를 반송하는 배관과 접속하는 부분의 단면적 이하인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어가스의 유량을, 8L/min 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체로서 면적이 10cm2 이상인 것을 처리하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 성막장치.
  10. 성막방법으로서,
    미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과,
    상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과,
    상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과,
    상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정
    을 포함하고,
    상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 60도 이하로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 0도로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 1배~100배로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  13. 성막방법으로서,
    미스트화부에 있어서 원료용액을 미스트화하여 미스트를 생성하는 공정과,
    상기 미스트화부에 캐리어가스를 공급하여, 미스트를 포함하는 캐리어가스를 상기 미스트화부로부터 반송하는 공정과,
    상기 미스트를 포함하는 캐리어가스와, 1종류 이상의 기체를 주성분으로 하는 적어도 1종류의 첨가용유체를 혼합하여 혼합미스트유체를 형성하는 공정과,
    상기 혼합미스트유체를 성막부에 반송하는 공정과,
    상기 성막부에 있어서, 상기 혼합미스트유체 중의 미스트를 열처리하여 기체 상에 성막을 행하는 공정
    을 포함하고,
    상기 혼합미스트유체를 형성하는 공정에 있어서, 상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을 80도 이하로 하며,
    상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 첨가용유체의 흐름의 벡터와, 상기 혼합미스트유체의 흐름의 벡터가 이루는 각을, 60도 이하로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 접속부에 있어서의 상기 첨가용유체의 선속도를, 상기 미스트를 포함하는 캐리어가스의 선속도의 10배 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어가스의 유량을 8L/min 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체로서 면적이 10cm2 이상인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
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