JP2011009380A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着重合により均一に成膜することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】チャンバー内に設置された基板に、気化した複数の物質を化学反応させることにより、前記基板上に前記化学反応により生成された物質からなる膜を形成する成膜装置において、前記チャンバー内には、前記基板に対向して設けられた前記気化した複数の物質を供給するための供給口を有する材料供給器を有し、前記供給口は前記複数の物質の各々に対し、複数設けられていることを特徴とする成膜装置を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、成膜装置に関する。

半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。

このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低いことから絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。

ポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ：pyromellitic dianhydride）と４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ：4,4'-oxydianiline）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている（例えば、特許文献１）。

この蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを昇華させてチャンバー内で重合させる方式であるが、良好なポリイミド膜を得るためには、気化させたＰＭＤＡ及びＯＤＡを継続的に一定量チャンバー内に供給する必要がある。しかしながら、ＰＭＤＡはＯＤＡよりも気化する温度が高く、継続して一定量をチャンバー内に供給することは困難であった。

特開２００６−１４１８２１号公報

ところで、半導体素子の一部として基板にポリイミド膜を成膜する場合、基板に対して均一にポリイミドを成膜する必要がある。しかし、特許文献１に記載の方法では、ＰＭＤＡ及びＯＤＡが収納された容器が各々チャンバーの側面に配置され、ＰＭＤＡ及びＯＤＡが収納された容器から気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡがチャンバー内に供給されるため、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが均一には供給されない。よって、基板上においてポリイミド膜が均一に成膜されず、膜厚ムラ等が生じてしまう。このため、半導体素子の一部として基板上に均一なポリイミド膜を成膜することはできなかった。

また、化学反応を伴って形成されるポリイミド膜を均一に大面積に成膜することは、化学反応を伴わない物理蒸着等の場合の成膜と異なり、膜厚ムラのみならず反応ムラ等も生じるとことから、より一層の困難を伴うものである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、チャンバー内に粒状のＰＭＤＡとＯＤＡを各々設置し、加熱により気化させて反応させることにより、半導体素子を形成する材料としても用いることが可能な良好なポリイミド膜を形成するため成膜装置を提供するものである。

本発明は、チャンバー内に設置された基板に、気化した複数の物質を化学反応させることにより、前記基板上に前記化学反応により生成された物質からなる膜を形成する成膜装置において、前記チャンバー内には、前記基板に対向して設けられた前記気化した複数の物質を供給するための供給口を有する材料供給器を有し、前記供給口は前記複数の物質の各々に対し、複数設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記材料供給部は、各々の物質を収納する各々の収納部と、前記収納部より気化した物質を供給口とを有しており、少なくとも１つの物質を収納する１つの前記収納部に対し、複数の気化経路により接続される複数の前記供給口が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記材料供給部は、各々の物質を収納する各々の収納部と、前記収納部より気化した物質を供給口とを有しており、少なくとも１つの物質を収納する１つの前記収納部に対し、１つの気化経路により接続される１つの前記供給口が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記材料供給器の一方の面には前記供給口が設けられており、他方の面には基板が設置されており、前記チャンバー内には前記材料供給器が複数設けられており、前記材料供給器の供給口の形成されている面に対向して、他の前記材料供給器に設置されている基板が配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記材料供給器は、前記基板を設置するための保持手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記複数の物質は２つの物質であって、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置において、前記材料供給器は、第１の物質を収納する第１の収納部と、第２の物質を収納する収納部とを有し、前記材料供給器の一方の面には、前記第１の収納部より気化した第１の物質が供給される複数の第１の供給口と、前記第２の収納部より気化した第２の物質が供給される複数の第２の供給口とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第１の供給口と前記第２の供給口とは、相互に最近接となるような位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、所定の温度における前記第１の物質の蒸気圧よりも、前記第２の物質の蒸気圧が高いものであって、前記第１の収納部から前記第１の供給口までの第１の気化経路よりも、前記第２の収納部から前記第２の供給口までの第２の気化経路が長く形成されており、前記材料供給器を加熱することにより、前記第１の物質及び前記第２の物質を気化させることを特徴とする。

本発明によれば、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて良好なポリイミド膜を形成することが可能な成膜装置を提供することができる。

本実施の形態における成膜装置の構成図 本実施の形態における材料供給部の構成図 本実施の形態における材料供給部の上面図 本実施の形態における材料供給部の基板等の装着した状態の説明図 本実施の形態における他の材料供給部の構成図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。

本実施の形態は、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて蒸着重合によりポリイミド膜を成膜するための成膜装置に関するものである。

（成膜装置）
図１に基づき、本実施の形態における成膜装置について説明する。

本実施の形態における成膜装置は、チャンバー１１と、チャンバー１１内を排気するためバルブ１２を介し接続された真空ポンプ１３と、チャンバー１１の圧力を測定するための真空計１４と、チャンバー１１外部に設けられた材料供給器２１を加熱するためのヒーター１５と、真空計１４により測定されたチャンバー１１内の圧力に基づき、バルブ１２及びヒーター１５の制御を行う制御部１６により構成されている。

チャンバー１１内には、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを供給するための材料供給器２１を有している。

この材料供給器２１は円板状に形成されており、表面となる一方の面には、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される供給口が複数設けられており、裏面となる他方の面にはウエハＷが装着されている。このウエハＷ上において、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡが反応することによりポリイミド膜が成膜される。材料供給器２１の裏面へのウエハＷの装着方法は、半導体素子が形成されない領域となるウエハＷの周辺部を保持手段となる治具等により固定することにより装着することができる。

尚、図１では、チャンバー１１内において、縦方向に材料供給器２１が設置されている構成のものを示すが、横方向に並べて材料供給器２１を設置してもよい。

また、チャンバー１１内には、複数の材料供給器２１が設置することができるよう、供給器支持部１７が設けられており、材料供給器２１の表面に設けられた気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される供給口と、他の材料供給器２１の裏面に装着されたウエハＷとが対向するように設置されている。

（材料供給器）
次に、図２に基づき材料供給器２１について説明する。本実施の形態において用いられる材料供給器２１は、第１の材料供給部３１と第２の材料供給部４１により構成されている。第１の材料供給部３１は、材料供給器２１の内部に設けられた第１の材料収納部３２と、材料供給器２１の一方の面に設けられた第１の供給口３４と、第１の材料収納部３２と第１の供給口３４とを連通する第１の気化経路３３により構成されている。また、第２の材料供給部４１は、材料供給器２１の内部に設けられた第２の材料収納部４２と、材料供給器２１の一方の面に設けられた第２の供給口４４と、第２の材料収納部４２と第２の供給口４４とを連通する第２の気化経路４３により構成されている。

第２の材料収納部４２は、第１の材料収納部３２よりも材料供給器２１の内部深くに形成されている。このため、第１の気化経路３３よりも第２の気化経路４３の方が長く形成されている。

本実施の形態では、第１の材料収納部３２にはＰＭＤＡの粒子が納められており、第２の材料収納部４２にはＯＤＡの粒子が納められている。同じ温度で加熱した場合、ＰＭＤＡよりもＯＤＡの方が蒸気圧は高くなるものと想定した場合、
この場合、蒸気圧の高いＯＤＡを第２の材料収納部４２に収納することにより、気化したＯＤＡは長い第２の気化経路４３を経由しないと、第２の供給口４４から供給されない。これにより、第２の材料収納部４２において気化したＯＤＡの圧力が高くなっても、長く形成された第２の気化経路４３を経由しないと第２の供給口４４には到達しないため、第２の供給口４４からは、所定量の気化したＯＤＡしかチャンバー１１内には供給されない。

一方、蒸気圧が低いＰＭＤＡを第１の材料収納部３２に収納することにより、気化したＰＭＤＡは短い第１の気化経路３３を経由して、第１の供給口３４からチャンバー１１内に供給される。このため、第１の材料収納部３２において気化したＰＭＤＡの圧力があまり高くなくても、短い第１の気化経路３３を経由して第１の供給口３４から、所定量の気化したＰＭＤＡが供給される。

言い換えるならば、同じ温度においては、ＰＭＤＡよりもＯＤＡの方が蒸気圧は高くなることを想定した場合においても、本実施の形態における材料供給器２１では、第１の気化経路３３と第２の気化経路４３とは異なる長さで形成されており、蒸気圧の高いＯＤＡは長い第２の気化経路４３を経由するものとし、蒸気圧の低いＰＭＤＡは短い第１の気化経路３３を経由するものとすることにより、チャンバー１１内への気化したＯＤＡと気化したＰＭＤＡとの各々の供給量を調節することが可能となるのである。

即ち、第１の気化経路３３の長さ及び太さと第２の気化経路４３の長さ及び太さを調節することにより、同じ温度で材料供給器２１を加熱した場合においても、蒸気圧の異なる材料を各々の蒸気圧が略均等となるように、チャンバー１１内に供給することが可能なのである。尚、第１の材料収納部３２と第２の材料収納部４２に収納される材料の蒸気圧が同程度である場合には、長く形成される第２の気化経路４３の内径を太くすることにより、各々の材料の蒸気圧が略均等となるように、チャンバー１１内に供給することが可能である。

第１の供給口３４及び第２の供給口４４より、各々供給された気化したＰＭＤＡ及び気化したＯＤＡは、ウエハＷ上で反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。

図３に示すように、本実施の形態における材料供給器２１においては、第１の供給口３４と第２の供給口４４とが格子状に交互に配列されている。ポリイミド膜は気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとの反応により形成されるものであることから、形成されるポリイミド膜を均一にするためには、第１の供給口３４と第２の供給口４４とは相互に最近接となる位置に配置されていることが好ましい。このように、複数の第１の供給口３４と第２の供給口４４を設け、相互に最近接となる位置に配置することにより、ウエハＷ全体において均一なポリイミド膜を形成することができる。

尚、本実施の形態では、ヒーター１７により材料供給器２１が加熱されることにより、気化したＯＤＡ及び気化したＰＭＤＡが供給されるものであるが、各々の材料が気化し始めた状態では、各々の材料の蒸気圧が大きく異なったり、気化状態が不安定になったりする場合がある。このため、各々の材料供給器２１間、即ち、第１の供給口３４と第２の供給口４４と、成膜されるウエハＷとの間に不図示のシャッタを設け、各々の材料の気化状態が安定した後、シャッタを開きウエハＷ上にポリイミド膜を成膜してもよい。この場合、所定の膜厚のポリイミド膜がウエハＷ上に成膜された後は、再びシャッタを閉じることにより、一定の膜厚のポリイミド膜を成膜することができる。

更に、真空計１４は気化したＯＤＡ及び気化したＰＭＤＡの各々の分圧を測定することができるものを用い、測定された分圧に基づきシャッタの制御を行うことにより、より高品質なポリイミド膜を成膜することも可能である。

所定の膜厚のポリイミド膜がウエハ上に成膜された後に、チャンバー１１内より、材料供給器２１をウエハＷが装着されている状態のまま取り出す。

チャンバー１１内より取り出された材料供給器２１は、裏面に装着されているポリイミド膜が成膜されたウエハＷを取外し、第１の材料収納部３２にはＰＭＤＡの粒子が補充され、第２の材料収納部４２にはＯＤＡの粒子が補充され、新たなウエハＷを裏面に装着して、再びチャンバー１１内の供給器支持手段１７に設置し、チャンバー１１内を真空ポンプ１３により排気した後、同様の方法によりウエハＷ上にポリイミド膜の成膜を行う。

尚、本実施の形態においては、材料供給器２１は、チャンバー１１の外に設けられたヒーター１５により加熱されることにより気化されるが、材料供給器２１の内部にヒーターを設けた構成であってもよい。

また、チャンバー１１内の圧力を測定するために設けられた真空計１４の値に基づき、バルブ１２の開口度及びヒーター１５の温度等を制御部１６において制御し調整することも可能である。

更に、本実施の形態では、材料供給器２１において、第１の供給口３４及び第２の供給口４４の設けられた面とは反対側の面である裏面に、ウエハＷを設置しているが、このウエハＷに代えて、図４（ａ）に示すように、犠牲基板５１の表面に半導体素子を形成する機能層５２が形成されているものを装着する場合や、図４（ｂ）に示すように、材料供給器２１を犠牲基板としての機能も兼用させ、材料供給器２１の裏面に半導体素子を形成する機能層５２を付着させたものを用いる場合であってもよい。

次に、図５に基づき本実施の形態における他の材料供給器について説明する。この材料供給器１２１は、第１の材料供給部１３１と第２の材料供給部１４１により構成されている。第１の材料供給部１３１は、材料供給器１２１の内部に設けられた第１の材料収納部１３２と、材料供給器１２１の一方の面に設けられた第１の供給口１３４と、第１の材料収納部１３２と第１の供給口１３４とを連通する第１の気化経路１３３により構成されている。また、第２の材料供給部１４１は、材料供給器１２１の内部に設けられた第２の材料収納部１４２と、材料供給器１２１の一方の面に設けられた複数の第２の供給口１４４と、第２の材料収納部１４２と複数の第２の供給口１４４とを連通する第２の気化経路１４３により構成されている。即ち、第１の材料供給部１３１は、１つの第１の材料収納部１３２に対し、１つの第１の供給口１３４及び１つの第１の気化経路１３３が設けられているのに対し、第２の材料供給部１４１は、１つの第２の材料収納部１４２に対し、複数の第２の供給口１４４及び複数の第２の気化経路１４３が設けられている。

よって、第２の材料収納部１４２は、第１の材料収納部１３２よりも材料供給器１２１の内部深くに形成する場合においても、複数の第２の気化経路１４３を設けることにより、２つの材料の蒸気圧を容易に均一化することができる。尚、必要に応じて、第１の材料供給部１３１においても、１つの第１の材料収納部１３２に対し、複数の第１の供給口１３４及び複数の第１の気化経路１３３を設ける構成のものであってもよい。

また、本実施の形態における成膜装置では、制御部１６において、真空計１４により測定したチャンバー１１内の圧力に基づき、バルブ１２の開口度やヒーター１５の温度等が制御されるが、不図示のコンピュータで動作する制御プログラムにより制御することも可能である。また、この制御プログラムは、コンピュータにより読み取ることが可能な記憶媒体に記憶させておくことも可能である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１１ チャンバー
１２ バルブ
１３ 真空ポンプ
１４ 真空計
１５ ヒーター
１６ 制御部
１７ 供給器支持部
２１ 材料供給器
３１ 第１の材料供給部
３２ 第１の材料収納部
３３ 第１の気化経路
３４ 第１の供給口
４１ 第２の材料供給部
４２ 第２の材料収納部
４３ 第２の気化経路
４４ 第２の供給口
Ｗ ウエハ

Claims (8)

1. チャンバー内に設置された基板に、気化した複数の物質を化学反応させることにより、前記基板上に前記化学反応により生成された物質からなる膜を形成する成膜装置において、
   前記チャンバー内には、前記基板に対向して設けられた前記気化した複数の物質を供給するための供給口を有する材料供給器を有し、
   前記供給口は前記複数の物質の各々に対し、複数設けられていることを特徴とする成膜装置。
2. 前記材料供給部は、各々の物質を収納する各々の収納部と、前記収納部より気化した物質を供給口とを有しており、
   少なくとも１つの物質を収納する１つの前記収納部に対し、複数の気化経路により接続される複数の前記供給口が設けら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. 前記材料供給部は、各々の物質を収納する各々の収納部と、前記収納部より気化した物質を供給口とを有しており、
   少なくとも１つの物質を収納する１つの前記収納部に対し、１つの気化経路により接続される１つの前記供給口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記材料供給器の一方の面には前記供給口が設けられており、他方の面には基板が設置されており、
   前記チャンバー内には前記材料供給器が複数設けられており、
   前記材料供給器の供給口の形成されている面に対向して、他の前記材料供給器に設置されている基板が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記材料供給器は、前記基板を設置するための保持手段を有することを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記複数の物質は２つの物質であって、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置において、
   前記材料供給器は、第１の物質を収納する第１の収納部と、第２の物質を収納する収納部とを有し、
   前記材料供給器の一方の面には、前記第１の収納部より気化した第１の物質が供給される複数の第１の供給口と、前記第２の収納部より気化した第２の物質が供給される複数の第２の供給口とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 前記第１の供給口と前記第２の供給口とは、相互に最近接となるような位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
8. 所定の温度における前記第１の物質の蒸気圧よりも、前記第２の物質の蒸気圧が高いものであって、
   前記第１の収納部から前記第１の供給口までの第１の気化経路よりも、前記第２の収納部から前記第２の供給口までの第２の気化経路が長く形成されており、
   前記材料供給器を加熱することにより、前記第１の物質及び前記第２の物質を気化させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の成膜装置。

Images