JP2009228120A - 成膜装置、及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に蒸着重合膜を形成するに際し、原料モノマーが基板の裏面側や支持台側に入り込むことによる、前記基板裏面側及び前記支持台等における重合膜の形成を抑制し、前記原料モノマーの使用効率を向上させるとともに、ゴミの発生及び混入による前記重合膜の製造歩留まりの低下を抑制する。
【解決手段】基板１４の外周端部１４Ａを露出させるようにして支持台１１上に前記基板１４を支持し、前記基板１４の前記外周端部１４Ａをヒータ１２で加熱するとともに、前記基板１４の中央部に位置する膜形成領域を温度調節機構１３で所定温度に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関し、特に、蒸着重合膜の形成に適した成膜装置及び成膜方法に関する。

ＬＳＩなどの層間絶縁膜や液晶配向膜として有用で、電気的、光学的、機械的に非常に優れた特性を持つものとして、有機物の高分子重合膜がある。特に、例えばポリイミドなどは、ガラス転移点が高く、耐熱性、化学安定性、配向制御性などが優れているため、耐熱放射線材料、宇宙空間材料としても用いられ、核融合炉に用いる超電導磁石の絶縁材料や宇宙空間での原子状酸素による機材の劣化を防ぐ保護材料等としての活用も考えられている。

このような高分子重合膜を得る方法として、従来、溶媒を用いてモノマーを重合し、得られた溶液を基板上に塗布する方法が知られているが、溶媒を用いるために不純物の混入などの問題が生じ、１０００Å以下の均一な薄膜を得ることは困難であった。また、単分子層膜を作成する方法としてLangumuir-Blodgett（ＬＢ）法による薄膜作製の研究が行われているが、親水基・疎水基の置換など反応が複雑であり、また、薄膜を得る際の表面圧の制御が極めて困難であるため、大面積薄膜を得ることは難しい。また重合過程などにおいても溶媒を用いるため、やはり不純物の混入が問題になっている。

一方、このようなウェットプロセスに対し、原料モノマーを真空槽中で蒸発させて基板上で重合させ、直接的に重合膜を得る蒸着重合法（真空蒸着重合法）が提案されている。この方法はドライプロセスであり、非熱平衡下でのプロセスであるため、従来の化学的ウェットプロセスでは得られない重合膜を得ることができる。この方法においては、前記原料モノマーが前記基板の凹凸内に入り込んで付着するために被覆性の良い成膜を行うことができる（特許文献１）。
特許第３７５８６９６号

しかしながら、前記原料ガスは、前記基板の端部から前記基板の裏面側、又は前記支持台や、その他の治具部などの成膜が不要な部分へも入り込んでしまい、かかる部分において上記重合膜が形成されてしまう。このような不要な部分への上記重合膜の形成は、前記基板を前記支持台から剥がす工程が必要となるとともに、ゴミの発生原因ともなり、目的とする前記重合膜中に前記ゴミが混入して前記重合膜の製造歩留まりを低下させる原因ともなっていた。さらに、従来のように基板を一枚ずつ成膜する装置では、十分な生産性が得られないため、複数の基板を一括して成膜できる装置が必要となっていた。

本発明は、特に複数の基板上に蒸着重合膜を形成するに際し、原料モノマーが基板の裏面側や前記支持台側に入り込むことによる、前記基板裏面側及び前記支持台等における重合膜の形成を抑制し、前記原料モノマーの使用効率を向上させるとともに、ゴミの発生及び混入による前記重合膜の製造歩留まりの低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
基板の外周端部を露出させるようにして前記基板を支持する支持台と、
前記支持台を、その面内中心軸の回りに回転させる支持台回転機構と、
各支持台に支持された前記基板の前記外周端部を加熱するヒータと、
前記基板の中央部に位置する膜形成領域を所定温度に保持する温度調節機構と、
を具えることを特徴とする、蒸着重合膜の成膜装置に関する。

また、本発明は、
基板の外周端部を露出させるようにして支持台上に前記基板を支持する工程と、
前記支持台を、支持台回転機構でその面内中心軸の回りに回転させる工程と、
前記基板の前記外周端部をヒータで加熱する工程と、
前記基板の中央部に位置する膜形成領域を温度調節機構で所定温度に保持する工程と、
を具えることを特徴とする、蒸着重合膜の成膜方法に関する。

本発明によれば、例えば蒸着重合膜を形成するに際し、基板の外周端部を露出させるようにして支持台上に前記基板を支持し、前記支持台を支持台回転機構によってその面内中心軸の回りに回転させ、その露出した外周端部をヒータで加熱するようにしている。この際、前記ヒータによる加熱を原料モノマーが重合反応を生ぜしめて前記蒸着重合膜を形成しないように、その蒸発温度以上に設定することによって、たとえ前記原料モノマーが前記基板の裏面側及び前記支持台側に入り込んだりしても、前記原料モノマーは前記重合反応を生ぜしめることなく、気化したまま残存する。

したがって、前記原料モノマーが前記基板の裏面側や前記支持台等に入り込むことによる、前記基板裏面側及び前記支持台等における重合膜の形成を抑制し、前記原料モノマーの使用効率を向上させるとともに、ゴミの発生及び混入による前記重合膜の製造歩留まりの低下を抑制することができるようになる。

一方、上述した本発明の成膜装置及び成膜方法においては、前記基板の中央部に位置する膜形成領域を温度調節機構で所定温度に保持している。したがって、前記基板の中央部の温度を、上述した原料モノマーの蒸発温度より低く、前記原料モノマーの重合反応を生ぜしめるような温度に設定することによって、前記基板の前記中央部では目的とする蒸着重合膜の形成を行うことができるようになる。

なお、本発明の一態様において、前記ヒータはランプヒータとすることができる。この場合、前記基板の前記外周端部に対して前記ランプヒータからの光照射を行うのみで、上述のような加熱操作を行うことができる。したがって、ヒータの構成を簡略化することができる。

また、前記ランプヒータは、赤外線ランプヒータとすることができる。この場合、前記基板がＳｉのような半導体基板である場合においても、前記赤外線ランプヒータからの赤外線照射によってその外周端部を効率的に加熱することができ、上述した作用効果を簡易に生ぜしめることができる。

さらに、本発明の一態様において、前記ヒータは、レーザビーム照射ヒータとすることができる。この場合、前記基板の前記外周端部に対して前記ヒータからのレーザビーム照射を行うのみで、上述のような加熱操作を行うことができる。したがって、ヒータの構成を簡略化することができる。また、レーザビーム照射を利用しているので、高エネルギーの光線を照射できることができるようになり、上記加熱操作を短時間で効率的に行うことができるようになる。

また、前記レーザビーム照射ヒータは、赤外線レーザビーム照射ヒータとすることができる。この場合、前記基板がＳｉのような半導体基板である場合においても、前記ヒータからのレーザビーム照射によってその外周端部を効率的に加熱することができ、上述した作用効果を簡易に生ぜしめることができる。

また、本発明の一態様によれば、前記複数の支持台を、その面内中心軸の回りに回転させる支持台回転機構を設けることができる。この場合、上述したレーザビーム照射ヒータを、前記基板の上方に固定しておき、前記支持台回転機構によって前記支持台をその面内中心軸の回りに回転させれば、前記基板の前記外周端部をその全域に亘って、前記レーザビーム照射ヒータからのレーザビーム照射によって簡易に加熱することができる。さらに各基板上に成膜される蒸着重合膜の膜厚が面内において均一にすることができる。

さらに、本発明の一態様によれば、前記ヒータを、前記基板の前記面内中心軸の回りに回転させるヒータ回転機構を設けることができる。この場合、前記支持台を固定しておき、前記支持台上に固定された前記基板の前記外周端部の上方に上述したランプヒータあるいはレーザビーム照射ヒータを配置し、前記ヒータ回転機構によって前記ランプヒータあるいは前記レーザビーム照射ヒータを、前記基板の前記外周端部上の全域に亘って回転させれば、前記ランプヒータからの光照射あるいはレーザビーム照射ヒータからのレーザビーム照射によって、前記基板の前記外周端部全域を簡易に加熱することができる。

また、本発明の一態様においては、前記支持台を互いに離隔して配置された複数の支持台とし、各支持台上には、基板をその外周端部を露出させるようにして支持し、各支持台に支持された前記基板の前記外周端部を前記ヒータで一括して加熱するようにすることができる。これによって、上述した作用効果を有する成膜装置及び成膜方法をバッチ式で実行することができる。

以上、本発明によれば、特に蒸着重合膜を形成するに際し、原料モノマーが基板の裏面側や前記支持台等に入り込むことによる、前記基板裏面側及び前記支持台等における重合膜の形成を抑制し、前記原料モノマーの使用効率を向上させるとともに、ゴミの発生及び混入による前記重合膜の製造歩留まりの低下を抑制することができる。

以下、本発明の具体的特徴について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の成膜装置の構成の一例を概略的に示す側面図であり、図２は、図１に示す成膜装置を裏面側から見た場合の状態を概略的に示す平面図である。

図１及び２に示す成膜装置１０では、支持台１１上において温度調節機構１２を介して基板１４が支持及び固定されている。支持台１１は例えばサセプタから構成することができ、基板１４は前記サセプタ内に設けられた電極から発生する電場によって静電的に吸着固定することができる。また、温度調節機構１２は、たとえば内部に冷媒及び熱媒を流すように構成されており、基板１４の膜形成領域１４Ｂを所定温度、例えば供給した原料モノマーが吸着し、重合反応を生ぜしめ、所定の蒸着重合膜を形成できるような温度に保持する。

また、基板１４の外周端部１４Ａは支持台１１から外方に露出している。さらに、支持台１１の下方には例えばランプヒータ又はレーザビーム照射ヒータからなるヒータ１２が設けられており、このヒータ１２から基板１４の外周端部１４Ａに向けて、図中矢印Ａで示すような光照射及びレーザビーム照射が行われるようになっている。

さらに、支持台１１には図示しない支持台回転機構が設けられており、例えばその面内中心軸Ｏの回りに、図中矢印Ｂで示すような時計回りに支持台１１を回転させるようにして構成されている。また、ヒータ１２にも図示しないヒータ回転機構が設けられており、例えば面内中心軸Ｏの回りに、図中矢印Ｃで示すように、反時計回りにヒータ１２を回転させるようにして構成されている。したがって、前記支持台回転機構及び前記ヒータ回転機構の少なくとも一方を駆動させることによって、基板１４の外周端部１４Ａの全域に亘ってヒータ１４から光照射及びレーザビーム照射を行うことができ、かかる部分の加熱を行うことができる。

なお、支持台１１及び温度調節機構１３は図示しない処理容器中に配置されており、ヒータ１２は、前記処理容器の外方から光照射窓を介して前記処理容器内に光あるいはレーザビームを導入できるように構成されている。但し、かかる構成は本発明の必須の構成要件ではないので、必要に応じて任意の構成とすることができる。

次に、図１及び２に示す成膜装置を用いた成膜方法の概略について説明する。なお、本例では、本発明の成膜装置及び成膜方法を好適に使用することができる、蒸着重合膜の製造方法について述べる。

上述したように、基板１４を支持台１１上に例えば静電力によって吸着固定した後、基板１４の外周端部１４Ａに、上記支持台回転機構によって支持台１１を面内中心軸Ｏの回りに時計方向に回転させながら、及び／又は上記ヒータ回転機構によってヒータ１２を面内中心軸Ｏの回りに反時計方向に回転させながら、ヒータ１２から光照射及びレーザビーム照射を行って、基板１４の外周端部１４Ａの温度を原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する。

一方、支持台１１及び基板１４間に設けられた温度調節機構１２によって、基板１４の膜形成領域１４Ｂを、前記原料モノマーの蒸発温度以下であって、前記原料モノマーが重合反応を生ぜしめるような温度とする。一般に、上述した基板１４の外周端部１４Ａの加熱によって、基板１４の膜形成領域１４Ｂの温度も外周端部１４Ａと同等の温度、すなわち原料モノマーの蒸発温度近傍の温度まで加熱されることになるので、温度調節機構１２は主として基板１４の膜形成領域１４Ｂを冷却するようにして機能させる。具体的には、温度調節機構１２内に冷媒を流すことによって、基板１４の膜形成領域１４Ｂを前記原料モノマーの重合反応温度まで冷却する。

このような状態で、前記原料モノマーを図示しない前記処理容器内に導入し、基板１４上に供給する。この際、前記原料モノマーが基板１４の裏面側及び支持台１１側に入り込んだりしても、基板１４の露出した外周端部１４Ａは前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱されているので、前記原料モノマーは、上述した重合反応を生ぜしめることなく、気化したまま残存するようになる。したがって、前記原料モノマーが基板１４の裏面側及び支持台１１側に入り込むことによる、基板１４の裏面側及び支持台１１等における重合膜の形成を抑制し、前記原料モノマーの使用効率を向上させるとともに、ゴミの発生及び混入による前記重合膜の製造歩留まりの低下を抑制することができるようになる。

一方、基板１４の膜形成領域１４Ｂは、前記原料モノマーの重合反応を生ぜしめるような温度に設定しているので、基板１４の膜形成領域１４Ｂでは目的とする蒸着重合膜の形成を行うことができるようになる。

なお、基板１４を特にＳｉのような半導体基板から構成する場合は、ヒータ１２を構成する前記ランプヒータは、赤外線ランプヒータとすることができ、また、前記レーザビーム照射ヒータは、赤外線レーザビーム照射ヒータとすることができる。この場合、基板１４による光吸収効率が増大するので、基板１４の外周端部１４Ａを効率的に加熱することができ、上述した作用効果を簡易に生ぜしめることができる。

特に、上記蒸着重合膜としてポリイミド膜を形成する場合において、原料モノマーとしてピロメリト酸二無水物及びオキシジアニリンを用いる場合は、基板１４の外周端部１４Ａはヒータ１２によって例えば２６０℃に加熱し、基板１４の膜形成領域１４Ｂは温度調節機構１３によって例えば２００℃程度に設定（冷却）する。

図３は、本発明の成膜装置の構成の他の例を概略的に示す側面図である。本例では、複数の支持台１１を準備し、これをボート１５内において縦方向に互いに離隔して配置するようにしている。また、ボート１５は水平方向に突出した複数の支持部材１５Ａを有し、各支持台１１を保持するように構成されている。

なお、図１及び２に示す場合と同様に、各支持台１１上には温度調節機構１３を介して基板１４が、その外周端部１４Ａを露出するようにして設けられている。また、各支持台１１は同形状及び同寸法であって、共通の面内中心軸Ｏを有している。さらに、各温度調節機構１３及び各基板１４も同形状及び同寸法である。本例では、少なくともボート１５は、膜形成を行う図示しない処理容器中に配置する。

また、ボート１５の下側には、ランプヒータあるいはレーザビーム照射ヒータからなるヒータ１２が設けられている。この場合、前記ランプヒータあるいは前記レーザビーム照射ヒータを赤外線ランプヒータあるいは赤外線レーザビーム照射ヒータとすれば、得られる赤外線あるいは赤外線レーザビームを、最下方に位置する基板１４の外周端部１４Ａに照射すると、前記赤外線あるいは前記赤外線レーザビームは、前記最下方に位置する基板１４の外周端部１４Ａを貫通して、その上に位置する基板１４の外周端部１４Ａにも照射されるようになる。そして、さらにその外周端部１４Ａを通過して、さらにその上に位置する基板１４の外周端部１４Ａに照射されるようになる。

したがって、前記赤外線あるいは前記赤外線レーザビームの強度を適宜制御（増大）することによって、ボート１５内に配置された総ての基板１４の外周端部１４Ａを一括して加熱することができるようになる。結果として、本発明の成膜装置及び成膜方法は、バッチ式で実行することが可能となる。

一般には、前記赤外線レーザビームの強度の制御（増大）が、前記赤外線の強度の制御（増大）よりも容易であるので、このようなバッチ方式を用いる場合は、前記赤外線レーザビーム、すなわち前記赤外線レーザビーム照射ヒータを用いることが好ましい。

なお、各支持台１１において、基板１４の外周端部１４Ａを加熱することによって得られる効果は、上記図１及び２に関する例と同様であり、温度調節機構１３の機能についても、図１及び２に関する例と同様である。

また、本例でもヒータ１２に対してヒータ回転機構を設け、例えば面内中心軸Ｏの回りに反時計方向にヒータ１２を回転させ、各支持台１１における基板１４の外周端部１４Ａの全体を簡易に加熱するようにすることができる。

さらに、ボート１５に対して回転機構を設け、例えば面内中心軸Ｏの回りに時計方向にヒータ１２を回転させ、各支持台１１における基板１４の外周端部１４Ａの全体を簡易に加熱するようにすることができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、図１及び２に関する例では、支持台１１を上記支持台回転機構によって面内中心軸Ｏの回りに時計回りに回転させ、ヒータ１２を上記ヒータ回転機構によって面内中心軸Ｏの回りに反時計回りにヒータ１２を回転させるようにして構成しているが、支持台１１の回転方向を反時計回りとし、ヒータ１２の回転方向を時計回りとすることもできる。

また、ヒータ１２から照射される光あるいはレーザビームをリング状に拡大させ、基板１４の外周端部１４Ａをリング状の光あるいはレーザビームで一括して照射することができれば、上記のような回転機構を設けなくても良い。

さらに、上記具体例では、ヒータ１２としてランプヒータなどの光照射による熱吸収を利用したヒータについて説明しているが、抵抗加熱などを利用したその他の構成のヒータをも適宜用いることができる。

さらに、上記具体例では、蒸着重合膜を形成する場合について説明したが、本発明の成膜装置及び成膜方法は、蒸着重合膜の製造のみならず、任意の膜形成に対して用いることができる。

本発明の成膜装置の構成の一例を概略的に示す側面図である。 図１に示す成膜装置を裏面側から見た場合の状態を概略的に示す平面図である。 本発明の成膜装置の構成の他の例を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１０ 成膜装置
１１ 支持台
１２ ヒータ
１３ 温度調節機構
１４ 基板
１５ ボート

Claims (11)

1. 基板の外周端部を露出させるようにして前記基板を支持する支持台と、
   前記支持台を、その面内中心軸の回りに回転させる支持台回転機構と、
   前記支持台に支持された前記基板の前記外周端部を加熱するヒータと、
   前記基板の中央部に位置する膜形成領域を所定温度に保持する温度調節機構と、
   を具えることを特徴とする、蒸着重合膜の成膜装置。
2. 前記ヒータは、レーザビーム照射ヒータであることを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記レーザビーム照射ヒータは、赤外線レーザビーム照射ヒータであることを特徴とする、請求項２に記載の蒸着重合膜の成膜装置。
4. 前記支持台に支持された前記基板の前記外周端部を前記ヒータで一括して加熱することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の蒸着重合膜の成膜装置。
5. 前記支持台は互いに離隔して配置された複数の支持台であって、各支持台上には、基板が外周端部を露出させるようにして支持し、各支持台に支持された前記基板の前記外周端部を前記ヒータで一括して加熱するように構成したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の蒸着重合膜の成膜装置。
6. 基板の外周端部を露出させるようにして支持台上に前記基板を支持する工程と、
   前記支持台を、支持台回転機構でその面内中心軸の回りに回転させる工程と、
   前記基板の前記外周端部をヒータで加熱する工程と、
   前記基板の中央部に位置する膜形成領域を温度調節機構で所定温度に保持する工程と、
   を具えることを特徴とする、蒸着重合膜の成膜方法。
7. 前記ヒータは、レーザビーム照射ヒータであることを特徴とする、請求項６に記載の蒸着重合膜の成膜方法。
8. 前記レーザビーム照射ヒータは、赤外線レーザビーム照射ヒータであることを特徴とする、請求項７に記載の蒸着重合膜の成膜方法。
9. 前記支持台を、その面内中心軸の回りに支持台回転機構によって回転させる工程を具えることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の蒸着重合膜の成膜方法。
10. 前記ヒータを、前記基板の前記面内中心軸の回りにヒータ回転機構によって回転させるヒータ回転機構を具えることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一に記載の蒸着重合膜の成膜方法。
11. 前記支持台は互いに離隔して配置された複数の支持台であって、各支持台上には、基板が外周端部を露出させるようにして支持し、各支持台に支持された前記基板の前記外周端部を前記ヒータで一括して加熱することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一に記載の蒸着重合膜の成膜方法。

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