JP2009231783A - 成膜装置、及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】成膜容器の壁面上の熱重合反応を抑制して有機膜の形成を抑制し、パーティクルの発生による有機膜の品質劣化及び製造歩留まりを低減するとともに、それに伴う原料モノマーの使用効率を向上させる成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜容器１１の壁面に沿って設けられた外部ヒータ１４によって、前記成膜容器１１の前記壁面を有機膜の形成に供する原料モノマーの蒸発温度以上に加熱し、前記外部ヒータ１４と離隔し、基板を搭載した基板支持容器１２に近接して配置された内部ヒータ１３によって、前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱し、前記成膜容器１１内に前記原料モノマーを供給し、前記基板上での熱重合を通じて前記有機膜を形成する。
【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、熱重合反応を介した有機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、高分子有機膜がある。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。
このような高分子有機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、直接的に有機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有機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、上記蒸着重合法においては、成膜容器自体を原料モノマーが気相で反応するような温度に加熱した状態で、前記原料モノマーを前記成膜容器内に導入する。したがって、前記原料モノマーの熱重合反応は、基板上のみならず、前記成膜容器の壁面上でも生じ、結果として目的とする有機膜は、前記基板上のみならず、前記成膜容器の壁面上でも形成されるようになる。
前記成膜容器の壁面上に形成された前記有機膜は、前記壁面から剥離してパーティクルとなり、前記基板上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまう原因となっていた。また、前記熱重合反応が、目的とする前記基板上のみならず、前記成膜容器の壁面上でも生じてしまうので、前記原料モノマーの使用効率が低下してしまうという問題もあった。
本発明は、上述した問題に鑑み、成膜容器の壁面上の熱重合反応を抑制して有機膜の形成を抑制し、パーティクルの発生による目的とする有機膜の品質劣化及び製造歩留まりを低減するとともに、それに伴う原料モノマーの使用効率を向上させることを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、
複数の基板を互いに離隔して支持する基板支持容器と、
前記基板支持容器を収納し、前記基板上に原料モノマーを供給し、熱重合を通じて有機膜の形成を行うための成膜容器と、
前記成膜容器に設けられた前記原料モノマーの供給器と、
前記成膜容器の壁面に沿って設けられた外部ヒータと、
前記外部ヒータと離隔し、前記基板支持容器に近接して配置された内部ヒータとを具え、
前記外部ヒータは、前記成膜容器の前記壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱し、
前記内部ヒータは、前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱することを特徴とする、成膜装置に関する。
また、本発明は、
成膜容器内に収納された基板支持容器内に、複数の基板を互いに離隔して支持する工程と、
前記成膜容器の壁面に沿って設けられた外部ヒータによって、前記成膜容器の前記壁面を有機膜の形成に供する原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する工程と、
前記外部ヒータと離隔し、前記基板支持容器に近接して配置された内部ヒータによって、前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱する工程と、
前記成膜容器に設けられた供給器から、前記成膜容器内に前記原料モノマーを供給し、前記基板上での熱重合を通じて前記有機膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、成膜方法に関する。
本発明によれば、有機膜の成膜を行う成膜容器において、その壁面に沿って外部ヒータを設けるとともに、その内部に収納された基板支持容器の近傍に内部ヒータを設け、前記外部ヒータで前記成膜容器の壁面を原料モノマーの蒸発温度以上とし、前記内部ヒータで前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱するようにしている。したがって、前記原料モノマーが前記成膜容器内に導入された際に、前記原料モノマーは前記成膜容器の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、前記基板支持容器の前記基板上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が前記成膜容器の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、前記基板上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した原料モノマーは、前記基板上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
なお、本発明の一態様において、前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間は、減圧状態に保持する。これによって、前記外部ヒータ及び前記内部ヒータ間の断熱効果が増大し、互いの温度干渉が抑制されるので、例えば前記外部ヒータによる熱輻射が、基板支持容器内に保持された基板に対して影響を及ぼすのを防止することができ、前記基板上での前記熱重合反応が阻害されるのを防止することができる。
また、本発明の一態様において、前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間に、加熱ガスを流すようにする。これによって、前記内部ヒータからの輻射熱を前記基板支持容器内の基板に対して効率よく伝達することができるようになる。この際、前記加熱ガスを、前記熱重合反応温度に加熱しておけば、前記基板上での前記原料モノマーの熱重合反応をアシストすることができるようになる。
さらに、本発明の一態様において、前記基板は、有機膜形成用基板と、この有機膜形成用基板の裏面に貼付された支持基板とを含むようにすることができる。この場合、前記基板の裏面側、すなわち前記有機膜形成用基板の裏面側には前記支持基板が貼付されているので、前記有機膜は前記基板の裏面側、具体的には前記有機膜形成用基板の裏面側に形成されなくなる。したがって、前記有機膜は、目的とする前記基板の表面上、すなわち前記有機膜形成用基板の表面上にのみ形成することができるようになる。
また、本発明の一態様において、前記供給器は、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に前記原料モノマーを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成されてなる第１のガス導入管と、下方から上方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記原料モノマーを噴出するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管を含むように構成することができる。この場合、上記基板支持容器内に収納された上記基板の表面上への前記原料モノマーの供給量を均一とすることができ、前記基板表面に形成された上記有機膜の特性変動を抑制することができる。
さらに、本発明の一例において、前記有機膜は、半導体集積回路における貫通ビア絶縁膜として用いることができる。
以上、本発明によれば、成膜容器の壁面上の熱重合反応を抑制して有機膜の形成を抑制し、パーティクルの発生による目的とする有機膜の品質劣化及び製造歩留まりを低減するとともに、それに伴う原料モノマーの使用効率を向上させることができる。
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。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の成膜装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。
図１に示す成膜装置１０では、成膜容器１１内に基板支持容器としてのボート１２が収納されており、下方に設けられた支持部材１２Ｂによって成膜容器１１の底面に固定されている。また、ボート１２の上端及び下端には水平方向に支持部材１２Ａが突出しており、この支持部材１２Ａと係合するようにして内部ヒータ１３が設けられている。また、成膜容器１１の外壁面には外部ヒータ１４が設けられている。さらに、成膜容器１１の下方には、原料モノマーの供給管１５が設けられている。
また、成膜容器１１の上方には、図示しない排気系に接続され、成膜容器１１内を減圧状態に排気する排気管１６が設けられている。なお、ボート１２内には複数の基板Ｓが互いに離隔するようにして水平に支持されている。
図１から明らかなように、本実施形態の成膜装置１０においては、内部ヒータ１３は、ボート１２に近接して配置され、ボート１２内に収納された基板Ｓを成膜容器１１内に供給する原料モノマーの熱重合反温度に設定する。また、外部ヒータ１４は、成膜容器１１の外壁に設けられ、成膜容器１１の壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する。したがって、前記原料モノマーが成膜容器１１内に導入された際に、前記原料モノマーは成膜容器１１の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、ボート１２内に収容された基板Ｓ上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が成膜容器１１の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、基板Ｓ上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した前記原料モノマーは、基板Ｓ上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
また、本実施形態では、成膜容器１１内を、排気管１６を介して図示しない排気系によって排気し、減圧状態としているので、外部ヒータ１４と内部ヒータ１３との間も、減圧状態に保持されることになる。これによって、外部ヒータ１４及び内部ヒータ１３間の断熱効果が増大し、互いの温度干渉が抑制される。
上述したように、内部ヒータ１３は基板Ｓを成膜容器１１内に供給する原料モノマーの熱重合反温度に加熱し、外部ヒータ１４は、成膜容器１１の壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱するので、外部ヒータ１４の加熱温度は内部ヒータ１３の加熱温度よりも高くなる。かかる観点より、上述のように外部ヒータ１４及び内部ヒータ１３間の断熱効果が増大することによって、特に外部ヒータ１４からの輻射熱が抑制され、基板Ｓの温度が上記熱重合反応温度以上に加熱されて、上記有機膜の形成が阻害されるような不利益を解消することができる。
但し、外部ヒータ１４と内部ヒータ１３との間を減圧状態に保持しなくても、外部ヒータ１４を内部ヒータ１３、すなわちボート１２から離隔して配置したり、成膜容器１１の壁厚さを調節したりすることによって、上記減圧状態にした場合と同様の作用効果を得ることができる。
なお、特に、上記有機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、外部ヒータ１４によって成膜容器１１の壁面を例えば２６０℃に加熱し、内部ヒータ１３によって基板Ｓを例えば２００℃の熱重合反応温度に加熱する。
また、本実施形態では、基板Ｓは、有機膜形成用基板と、この有機膜形成用基板の裏面に貼付された支持基板とを含むようにすることができる。この場合、基板Ｓの裏面側、すなわち前記有機膜形成用基板の裏面側には前記支持基板が貼付されているので、前記有機膜は基板Ｓの裏面側、具体的には前記有機膜形成用基板の裏面側に形成されなくなる。したがって、前記有機膜は、目的とする基板Ｓの表面上、すなわち前記有機膜形成用基板の表面上にのみ形成することができるようになる。
次に、図１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。
最初に、複数の基板Ｓが互いに離隔して水平方向に支持されたボート１２を成膜容器１１内に収納する。次いで、外部ヒータ１４によって、成膜容器１１の壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱するとともに、内部ヒータ１３によって基板Ｓを前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱する。その後、成膜容器１１に設けられた供給管１５から、成膜容器１１内に前記原料モノマーを供給し、基板Ｓ上での熱重合を通じて目的とする有機膜を形成する。
本方法によれば、上述のように、前記原料モノマーが成膜容器１１内に導入された際に、前記原料モノマーは成膜容器１１の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、ボート１２内に収容された基板Ｓ上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が成膜容器１１の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、基板Ｓ上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した前記原料モノマーは、基板Ｓ上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の成膜装置の構成の他の例を概略的に示す構成図である。なお、図１に示す成膜装置１０と同一あるいは類似の構成要素に関しては同一の参照数字を用いている。
図２に示す成膜装置２０では、成膜容器１１内に基板支持容器としてのボート１２が収納されており、下方に設けられた支持部材１２Ｂによって成膜容器１１の底面に固定されている。また、ボート１２の上端及び下端には水平方向に支持部材１２Ａが突出しており、この支持部材１２Ａと係合するようにして内部ヒータ１３が設けられている。また、成膜容器１１の外壁面には外部ヒータ１４が設けられている。さらに、成膜容器１１の下方には、原料モノマーの供給管１５及び加熱ガスの供給管１７が設けられている。
また、成膜容器１１の上方には、図示しない排気系に接続され、成膜容器１１内を排気する排気管１６が設けられている。なお、ボート１２内には複数の基板Ｓが互いに離隔するようにして水平に支持されている。
図２から明らかなように、本実施形態の成膜装置２０においても、内部ヒータ１３は、ボート１２に近接して配置され、ボート１２内に収納された基板Ｓを成膜容器１１内に供給する原料モノマーの熱重合反温度に設定する。また、外部ヒータ１４は、成膜容器１１の外壁に設けられ、成膜容器１１の壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する。したがって、前記原料モノマーが成膜容器１１内に導入された際に、前記原料モノマーは成膜容器１１の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、ボート１２内に収容された基板Ｓ上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が成膜容器１１の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、基板Ｓ上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した前記原料モノマーは、基板Ｓ上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
また、本実施形態では、成膜容器１１内を、排気管１６を介して図示しない排気系によって排気している。したがって、供給管１７から供給された加熱ガスは、図中矢印Ａで示すように、成膜容器１１の下方から上方へ向かって流れるとともに、図中矢印Ｂで示すように、ボート１２内の基板Ｓへの供給されるようになる。この結果、内部ヒータ１３からの輻射熱をボート１２内の基板Ｓに対して効率よく伝達することができるようになる。この際、前記加熱ガスを、前記熱重合反応温度に加熱しておけば、基板Ｓ上での前記原料モノマーの熱重合反応をアシストすることができるようになる。
上記加熱ガスは、非反応性のガス、例えば不活性ガスや窒素ガスなどから構成することができる。
なお、上記加熱ガスと同様に、排気管１６を介した成膜容器１１内の排気の操作によって、供給管１５から供給された上記原料モノマーも成膜容器１１の下方から上方に向かって流れるとともに、基板Ｓの表面上に供給され、上述した熱重合反応に供されるようになる。
なお、その他の条件等、及び成膜装置２０を用いた成膜方法は、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
（第３の実施形態）
図３は、本発明の成膜装置の構成のその他の例を概略的に示す構成図であり、図４は、図３に示す成膜装置に使用するガス導入管の構成を概略的に示す図である。なお、図１に示す成膜装置１０と同一あるいは類似の構成要素に関しては同一の参照数字を用いている。
図３に示す成膜装置３０では、成膜容器１１内に基板支持容器としてのボート１２が収納されており、下方に設けられた支持部材１２Ｂによって成膜容器１１の底面に固定されている。また、ボート１２の上端及び下端には水平方向に支持部材１２Ａが突出しており、この支持部材１２Ａと係合するようにして内部ヒータ１３が設けられている。また、成膜容器１１の外壁面には外部ヒータ１４が設けられている。さらに、成膜容器１１の下方には、原料モノマーの供給管１５が設けられている。なお、ボート１２内には複数の基板Ｓが互いに離隔するようにして水平に支持されている。
また、一方の供給管１５には、ボート１２の側面に沿って下方から上方へ向って立ち上がり、先端１５１Ａが閉塞された、例えば石英製の直管からなる第１のガス導入管１５１が連結されている。さらに、他方の供給管１５には、ボート１２の側面に沿って下方から上方へ立ち上がり且つ上方から下方へ折り返されて先端１５２Ａが閉塞された、例えば石英製のＵ字管からなる第２のガス導入管１５２が連結されている。なお、第１のガス導入管１５１及び第２のガス導入管１５２には、供給管１５から供給された原料モノマーを噴射するガス噴出孔１５１Ｂ及び１５２Ｂが、ボート１２内に配置された基板Ｓの配列ピッチと略同間隔で形成されている。
また、成膜容器１１の上方には、図示しない排気系に接続され、成膜容器１１内を排気する排気管１６が設けられている。
図３から明らかなように、本実施形態の成膜装置３０においても、内部ヒータ１３は、ボート１２に近接して配置され、ボート１２内に収納された基板Ｓを成膜容器１１内に供給する原料モノマーの熱重合反温度に設定する。また、外部ヒータ１４は、成膜容器１１の外壁に設けられ、成膜容器１１の壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する。したがって、前記原料モノマーが成膜容器１１内に導入された際に、前記原料モノマーは成膜容器１１の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、ボート１２内に収容された基板Ｓ上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が成膜容器１１の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、基板Ｓ上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した前記原料モノマーは、基板Ｓ上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
また、本実施形態では、上述したような第１のガス導入管１５１及び第２のガス導入管１５２を設けているので、それぞれに形成されたガス噴出孔１５１Ｂ及び１５２Ｂからボート１２内に収納された基板Ｓの表面と略平行に前記原料モノマーを供給するようになる（図４の矢印Ｃ）。さらに、直管からなる第１のガス導入管１５１では、ガス噴出１５１Ｂから噴出される前記原料モノマーの噴出量が導入管の上方へ行くほど減少するのに対し、Ｕ字管からなる第２のガス導入管１５２では、逆に前記原料モノマーの噴出量が導入管の下方へ行くほど減少する。
したがって、第１のガス導入管１５１及び第２のガス導入管１５２を組み合わせて用いることにより、ボート１２内の基板Ｓに対し、面内方向での前記原料モノマーの供給量の均一化を図ることができる。結果として、基板Ｓ表面に形成された上記有機膜の、膜厚変動などの特性変動を抑制することができる。
なお、本実施形態でも、成膜容器１１内を、排気管１６を介して図示しない排気系によって排気し、減圧状態とすることができる。この場合は、上記同様に、外部ヒータ１４及び内部ヒータ１３間の断熱効果が増大し、互いの温度干渉を抑制することができる。したがって、特に外部ヒータ１４からの輻射熱が抑制され、基板Ｓの温度が上記熱重合反応温度以上に加熱されて、上記有機膜の形成が阻害されるような不利益を解消することができる。
また、別途、供給管１７を設け、この供給管１７から加熱ガスを成膜容器１１内に供給するようにすることもできる。この場合は、内部ヒータ１３からの輻射熱をボート１２内の基板Ｓに対して効率よく伝達することができるようになる。この際、前記加熱ガスを、前記熱重合反応温度に加熱しておけば、基板Ｓ上での前記原料モノマーの熱重合反応をアシストすることができるようになる。
（第４の実施形態）
図５は、本実施形態で使用する成膜装置の構成を概略的に示す構成図であり、図６は、本実施形態における成膜方法の概略工程図である。
図５に示す成膜装置４０では、成膜容器１１内に基板支持容器としてのボート１２が収納されており、下方に設けられた支持部材１２Ｂによって成膜容器１１の底面に固定されている。また、成膜容器１１の外壁面には外部ヒータ１４が設けられている。さらに、成膜容器１１の下方には、原料モノマーの供給管１５及び追加の供給管１８が設けられている。
また、成膜容器１１の上方には、図示しない排気系に接続され、成膜容器１１内を排気する排気管１６が設けられている。なお、ボート１２内には複数の基板Ｓが互いに離隔するようにして水平に支持されている。
次に、本実施形態の成膜方法について説明する。最初に、外部ヒータ１４によって、成膜容器１１の壁面温度を供給する原料モノマーの蒸発温度以上とする。一方、基板Ｓを搭載するボート１２の温度は、前記原料モノマーが蒸発しないような低温度、例えば室温（約２５℃）に保持する。
このような状態において、供給管１５から第１の原料モノマーを一定時間成膜容器１１内に導入する。その後、排気管１６より成膜容器１１内を真空引き、あるいはＮ２ガスなどによってパージし、成膜容器１１内の余分な原料モノマーを排除する。すると、ボート１２、すなわち基板Ｓの温度は、上述のように室温に保持されているので、図６（ａ）に示すように、基板Ｓ上に前記第１の原料モノマーが選択的に吸着する。
次いで、追加の供給管１８から第２の原料モノマーを一定時間成膜容器１１内に導入する。その後、排気管１６より成膜容器１１内を真空引き、あるいはＮ２ガスなどによってパージし、成膜容器１１内の余分な原料モノマーを排除する。すると、ボート１２、すなわち基板Ｓの温度は、上述のように室温に保持されているので、図６（ｂ）に示すように、基板Ｓ上に吸着した前記第１の原料モノマー上に、前記第２の原料モノマーが選択的に吸着し、表面反応を引き起こす。
次いで、上述した操作を繰り返すことによって、上記第１の原料モノマー及び上記第２の原料モノマーが互いに吸着し、表面反応を生ぜしめて所定の重合膜を形成する（図６（ｃ）参照）。次いで、ボート１２を所定温度まで加熱し、上記重合膜に対して熱重合反応を生ぜしめ、基板Ｓ上に目的とする有機膜を形成する（図６（ｄ）参照）。
本実施形態では、成膜容器１１の壁面を上記原料モノマーの蒸発温度以上とし、ボート１２、すなわち基板Ｓの温度を前記蒸発温度よりも低い温度、例えば室温としているので、前記原料モノマーは成膜容器１１の壁面に吸着し、熱重合反応を生ぜしめることなく、ボート１２内に収容された基板Ｓ上においてのみ吸着し、熱重合反応を生ぜしめて目的とする有機膜を形成できるようになる。
結果として、前記有機膜が成膜容器１１の壁面上に形成されることがないので、前記有機膜が前記壁面から剥離してパーティクルとなり、基板Ｓ上に形成された前記有機膜上に混入して膜質を劣化させてしまい、製造歩留まりを劣化させてしまうということがない。また、供給した前記原料モノマーは、基板Ｓ上においてのみ前記有機膜の形成のために使用されるので、前記原料モノマーの使用効率が向上する。
また、基板Ｓ上に原料モノマーを交互に吸着させた後、表面反応及び熱重合反応を通じて目的とする有機膜を得るようにしているので、基板Ｓ上に原料モノマーを供給すると同時に熱重合反応を生ぜしめ、前記有機膜を形成する場合に比較して、前記原料モノマーの不均一供給などに起因した前記有機膜の特性変動を抑制することができる。
具体例として、上記有機膜としてポリイミド膜を形成する場合、原料モノマーとしてオキシジアニリン（第１の原料モノマー）及びピロメリト酸二無水物（第２の原料モノマー）を用いる。このとき、成膜容器１１の壁面温度は、オキシジアニリンの蒸発温度１８８℃及びピロメリト酸二無水物の蒸発温度２０３℃を考慮して、例えば２６０℃とする。
また、図６に示すような工程を経ることにより、図６（ｃ）に示す状態では、オキシジアニリン及びピロメリト酸二無水物の表面反応によってポリアミック酸の膜が形成され、図６（ｄ）に示す状態では、例えばボート１２を２００℃に加熱することによってイミド化を生ぜしめ、ポリイミド膜が形成される。
なお、本実施形態では、図５に示すような成膜装置４０に代えて、適宜図１〜３に示すような成膜装置を用いることができる。この場合、例えば内部ヒータ１３によってボート１２の加熱（熱重合反応）を行うことができる。
（第５の実施形態）
本実施形態では、上記実施形態において説明した成膜装置及び成膜方法を用いて得た有機膜の応用に関して説明する。
図７は、３次元半導体集積回路の一部を拡大して示す図である。なお、実際の３次元半導体集積回路において、図７に示すような構成要素が横方向に延在するとともに、縦方向に積層されてなる。
図７に示す３次元半導体集積回路では、シリコン基板２１上にゲート電極２１Ａが形成されているとともに、その両側においてソース領域２１Ｂ及びドレイン領域２１Ｃが形成されている。また、シリコン基板２１上には、ゲート電極２１Ａを埋設するようにして絶縁層２２が形成されるとともに、その表層部分には、ニッケル等からなる配線層２３及び金等からなる配線層２４が形成されている。
なお、絶縁層２２内はアルミニウム等からなる追加の配線層２２Ａが埋設されるようにして形成されており、ゲート電極２１Ａ及び配線層２３及び２４間を電気的に接続している。
また、シリコン基板２１及び絶縁層２２には、追加の配線層２２Ａに至るようなビアが形成され、そのビアの側壁を覆うようにして絶縁膜としての上記有機膜２６が形成されている。そして、有機膜２６を介して、追加の配線層２２Ａと電気的に接続する、例えば銅や半田からなる層間接続体（プラグ）２６が形成されている。
従来においては、上記ビア内に形成する絶縁膜は、例えば酸化シリコンなどから構成していたが、本実施形態では、上述のように有機膜２６から構成している。したがって、前記絶縁膜を低温度で形成することが可能となり（酸化シリコン等の成膜温度は約９００℃であるのに対し、上記有機膜の成膜温度は２００℃程度）、製造過程にある集積回路アセンブリに対する熱負荷を低減することができるようになる。また、本実施形態では、上記成膜方法等に起因してステップカバレッジに優れ、上記ビア内において上記有機膜２６を均一に形成することができるとともに、前記絶縁膜の形成に関するコストを低減することができる。
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。
本発明の成膜装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。 本発明の成膜装置の構成の他の例を概略的に示す構成図である。 本発明の成膜装置の構成のその他の例を概略的に示す構成図である。 図３に示す成膜装置に使用するガス導入管の構成を概略的に示す図である。 実施形態で使用する成膜装置の構成を概略的に示す構成図である。 実施形態における成膜方法の概略工程図である。 ３次元半導体集積回路の一部を拡大して示す図である。
符号の説明
１０，２０，３０，４０ 成膜装置
１１ 成膜容器
１２ ボート
１３ 内部ヒータ
１４ 外部ヒータ
１５，１７ 供給管
１６ 排気管
１８ 追加の供給管
１５１ 第１のガス導入管
１５２ 第２のガス導入管

Claims (14)

  1. 複数の基板を互いに離隔して支持する基板支持容器と、
    前記基板支持容器を収納し、前記基板上に原料モノマーを供給し、熱重合を通じて有機膜の形成を行うための成膜容器と、
    前記成膜容器に設けられた前記原料モノマーの供給器と、
    前記成膜容器の壁面に沿って設けられた外部ヒータと、
    前記外部ヒータと離隔し、前記基板支持容器に近接して配置された内部ヒータとを具え、
    前記外部ヒータは、前記成膜容器の前記壁面を前記原料モノマーの蒸発温度以上に加熱し、
    前記内部ヒータは、前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱することを特徴とする、成膜装置。
  2. 前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間は、減圧状態に保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間に、加熱ガスを流すことを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
  4. 前記加熱ガスは、前記熱重合反応温度に加熱されていることを特徴とする、請求項３に記載の成膜装置。
  5. 前記基板は、有機膜形成用基板と、この有機膜形成用基板の裏面に貼付された支持基板とを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の成膜装置。
  6. 前記供給器は、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に前記原料モノマーを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成されてなる第１のガス導入管と、下方から上方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記原料モノマーを噴出するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の成膜装置。
  7. 前記有機膜は、半導体集積回路における貫通ビア絶縁膜を構成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の成膜装置。
  8. 成膜容器内に収納された基板支持容器内に、複数の基板を互いに離隔して支持する工程と、
    前記成膜容器の壁面に沿って設けられた外部ヒータによって、前記成膜容器の前記壁面を有機膜の形成に供する原料モノマーの蒸発温度以上に加熱する工程と、
    前記外部ヒータと離隔し、前記基板支持容器に近接して配置された内部ヒータによって、前記基板を前記原料モノマーの熱重合反応温度に加熱する工程と、
    前記成膜容器に設けられた供給器から、前記成膜容器内に前記原料モノマーを供給し、前記基板上での熱重合を通じて前記有機膜を形成する工程と、
    を具えることを特徴とする、成膜方法。
  9. 前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間は、減圧状態に保持することを特徴とする、請求項８に記載の成膜方法。
  10. 前記外部ヒータと前記内部ヒータとの間に、加熱ガスを流すことを特徴とする、請求項８に記載の成膜方法。
  11. 前記加熱ガスを、前記熱重合反応温度に加熱することを特徴とする、請求項１０に記載の成膜方法。
  12. 前記基板を、有機膜形成用基板と、この有機膜形成用基板の裏面に貼付された支持基板とを含むように構成し、前記有機膜を前記有機膜形成用基板の表面上に形成することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載の成膜方法。
  13. 前記供給器は、下方から上方へ立ち上がり先端が閉塞された直管からなり、その管壁に前記原料モノマーを噴射するガス噴出孔を所定の間隔で形成されてなる第１のガス導入管と、下方から上方へ折り返されて先端が閉塞されたＵ字管からなり、その下方へ折り返された部分の管壁に前記原料モノマーを噴出するガス噴出孔を所定の間隔で形成した第２のガス導入管を含み、前記基板の表面上への前記原料モノマーの供給量を均一とすることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一に記載の成膜方法。
  14. 前記有機膜は、半導体集積回路における貫通ビア絶縁膜を構成することを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一に記載の成膜方法。
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