JP2014531508A - デバイス上にコーティングを堆積させる改善された堆積法 - Google Patents

Abstract

本発明は、デバイス上にコーティングを堆積するのに適した堆積法を記載している。この方法は、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを堆積するのに特に適している。この方法は、中にデバイスが配置される処理チャンバ内に堆積蒸気を形成するためにキャリアガスを利用しており、この堆積蒸気は制御された量の蒸気の前駆体物質と蒸気の反応体物質とを含んでいる。記載の手法を利用することにより、反応体物質と前駆体物質の容積比が当該技術分野において既に利用されている比率よりも著しく高い場合であっても、デバイスの粒子汚染による問題の影響を回避することができる。蒸気の前駆体物質は、水を含む関連する蒸気の反応体物質を用いてＭＥＭＳに反スティクションコーティングを提供する種類の物質とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、コーティングの堆積の分野に関するものである。特に、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上への自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）コーティングの堆積に特に有用である、デバイス上に薄膜またはコーティングを生成する改善された堆積法が記載されている。

ＭＥＭＳの製造プロセスは、様々な目的のために基板上に堆積される材料の層またはコーティングを使用する。幾つかの例では、これらの層は基板上に堆積され、次いで、層がパターン化された遮蔽材料として使用され、次いでパターンが下層に転写された後に除去される場合などに、続けて取り除かれる。他の例では、これらの層は、完成した製造デバイスの一部として所定の機能を実行するように堆積される。これらの薄膜層またはコーティングを堆積する多くの方法が当該分野の当業者には知られている。例えば、プラズマを用いて対象物質（一般に金属）から原子をスパッタし、スパッタされた原子を基板上に堆積させるスパッタ堆積法；基板上に反応した生成物を製造するために、（例えば、プラズマ、放射線、または温度、あるいはそれらの組み合わせによって）活性化した種を気相において反応させる（その後に、基板上で反応した生成物が堆積する）、あるいは基板表面上で反応させる化学気相成長法；蒸発した物質が基板上で凝縮して層を形成する蒸着法；基板上にコーティング物質を残すように続けて溶媒を気化させる、一般にコーティング物質の溶媒溶液によるスピンオン堆積法、噴霧堆積法、または浸漬堆積法がある。

ＭＥＭＳが一般に大きい表面積と容積の比を呈すとすると、製造プロセスの際に克服するのが最も困難な課題の１つはスティクションの影響である。スティクションは、復元力が毛管力、ファンデルワールス力、および静電引力といった界面張力に打ち勝つことができない場合に生じる、対応する微小構造表面の意図的でない接着に関係している。最終犠牲エッチングの後に起こる、下部の基板にＭＥＭＳ表面が接着するリリーススティクションは主に、液体毛管力によって生じる。

スティクションの課題を解消するために、歴史的に技術的なソリューションが発展してきた。しかしながら、これらの技術のほとんどが、ＭＥＭＳの通常動作時に生じる接着を防ぐものではない。例えば、ＭＥＭＳ内側の表面は、加速力または静電力によって使用時に意図せず接触してしまうことがある。代替的に、幾つかの表面は、表面が互いに影響を与える、あるい擦り動かす用途において、意図的に接触することがある。しかしながら、接着引力が復元力を越えると、表面は互いに恒久的に接着してデバイスの故障を引き起こす。この現象は、インユーズ（in-use）スティクションとして当該分野で知られている。

したがって、スティクションの影響を減少させるために、接触表面のトポグラフィおよび／または化学成分を制御することが必要となる。既知のソリューションの１つは、ＭＥＭＳ上への自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）コーティングの堆積を伴う。実現することを意図する機能に応じて多くの異なる化学成分を利用し、ＳＡＭコーティングを形成してきた。例えば、疎水性、親水性、または生理活性機能を伴うＭＥＭＳの領域を提供するように、当該分野においてＳＡＭコーティングが利用されてきた。反スティクションコーティングを提供することが望ましい場合、シリコンおよび／または二酸化ケイ素の表面によく付着する無機部分（例えば、シラン化合物）と、デバイスに疎水性機能を提供する有機部分（例えば、長鎖フッ化炭素）とを有する前駆体物質を提供するのが一般的な習慣である。

このような前駆体物質は、室温（２０℃）且つ標準大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）において液相となる傾向がある。その結果、ＭＥＭＳについてＳＡＭの反スティクションコーティングを堆積する初期の方法は、液相または湿式堆積法を利用していた。Ａｓｈｕｒｓｔ等による文献、すなわち、「ＭＥＭＳに対する反スティクション単分子層としてのジクロロジメチルシラン、オクタデシルトリクロロシランの自己組織化単分子膜との比較（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ ａｓ ａｎ ａｎｔｉ−ｓｔｉｃｔｉｏｎ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｆｏｒ ＭＥＭＳ：Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｓｉｌａｎｅ ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、第１０巻、第１号、２００１年３月、および「ポリシリコンＭＥＭＳに対する反スティクションコーティングとしてのアルケンベースの単分子層膜（Ａｌｋｅｎｅ ｂａｓｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｆｉｌｍｓ ａｓ ａｎｔｉ−ｓｔｉｃｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ＭＥＭＳ）」、Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ＆Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐの議事録、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ ２０００、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ Ｉｓｌａｎｄ、ＳＣ、ｐ．３２０−３２３（２０００）、には２つの例が提供されている。これらの文献の前者は、ＭＥＭＳ上に反スティクション単分子層として使用するジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）とオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の比較を提供しており、これらの文献の後者は、１−オクタデセン、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、およびパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）の間の比較を提供している。

液相または湿式堆積法によって堆積されたＳＡＭコーティングは、多数の著しい欠点を有する。主な例として、これらの技術は複雑なプロセス制御の要件を伴う。水（Ｈ_２Ｏ）は堆積反応を促進させる反応体物質として機能することが知られているが、過剰な水は、粒子汚染と広く称される、大きな物質の塊を形成させる前駆体物質の過剰な重合を促進させるような機能を呈する。さらに、これらの技術を利用すると、大量の汚染流出物を生み出し、しばしばスティクションの防止が不十分となり、高い製造コストを伴う。

液体ベースの処理に伴う既知の問題点の幾つかを排除することができる代替的な技術が、いわゆる気相処理法である。一般的な気相処理では、反応チャンバ内に存在する物質レベルの優れた制御が可能となる。これを利用して、正確かつ着実に蒸気の運搬を確保することもできる。例えば、Ａｓｈｕｒｓｔ等著、「反スティクション単分子層のための向上した気相堆積法（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｖａｐｏｕｒ−ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ａｎｔｉ−ｓｔｉｃｔｉｏｎ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）」、ＳＰＩＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ２００４の議事録、第５３４２巻、カリフォルニア州サンノゼ、１月２４−２９日、ｐ．２０４−２１１（２００４）は、ジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、およびパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）のＳＡＭを堆積するための気相堆積法および装置を教示し；Ｚｈｕａｎｇ等著、「ＭＥＭＳにおける反スティクション適用のための気相の自己組織化単分子膜（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ ｆｏｒ ａｎｔｉ−ｓｔｉｃｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＭＥＭＳ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、２００７年１２月、第１６巻、第６号、ｐ．１４５１−１４６０は、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン（ＦＯＴＥＳ）、テトラヒドロオクチルメチルジクロロシラン（ＦＯＭＤＳ）、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、およびオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）から気相で成長するＳＡＭを教示し；Ｍａｙｅｒ等著、「微小電気機械システムにおいて接着制御するためのフルオロアルキルシランの単層膜の化学蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｓｉｌａｎｅ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｎｏｌ．Ｂ１８（５）．２０００年９月／１０月は、ＭＥＭＳにテトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）コーティングを適用するための蒸着法を教示し；米国特許出願公開第２００５／００５１０８６号は、ＭＥＭＳ上にヘキサメチルジシラザン（ＨＤＭＳ）の層を堆積するための装置を教示している。

しかしながら、上述した前駆体物質の多くは非常に低い蒸気圧を有しており、これは、標準的な室温では、蒸気がほとんど生成されないことを意味する。その結果、これらの前駆体物質を利用する気相処理を容易にすべく、多くの手法が発展してきた。

米国特許出願公開第２００２／０１６４８７９号は、気相のアルキルシラン含有分子を含む前駆体物質を利用することを記載している。この前駆体物質を利用して、ＭＥＭＳの基板表面にコーティングを形成する。アルキルシラン含有分子の液体供給源を通って無水不活性ガスを泡立て、気相の分子を反応チャンバに移動させることにより、基板を収容している反応チャンバ内にアルキルシラン含有分子を導入する。約１５℃乃至１００℃の温度、かつ大気圧未満であると考えられるが、コーティングの迅速な形成を呈する適量のアルキルシラン含有分子に対して十分に高い反応チャンバ内の圧力で、基板表面にコーティングの形成が行われる。この発明者は、コーティングを形成するために利用されるアルキルシラン含有分子は、一般に水と高い反応性があり、それ故に、前駆体物質を導入する前に、反応チャンバからアセンブリに付随する水の残留物を取り除くことが望ましいと述べている。

米国特許出願公開第２００５／００５１０８６号および第２００７／０１９６９４号は、基板が適切な前駆体物質の化合物と共にオーブンまたは加熱炉内に配置されたＭＥＭＳのバッチを具えている気相機構を記載している。オーブンまたは加熱炉が、次いで前駆体物質を気化させるのに十分な温度、例えば３００℃乃至５００℃まで加熱され、ＭＥＭＳ上に反スティクションコーティングの堆積を生じさせる。上述したのと同様に、不要な重合を排除するために、基板とオーブンから水蒸気を取り除くように、前堆積工程が利用される。これらの動作パラメータの結果、上述した堆積法は、高い動作温度であっても、完了するのに比較的長い時間が掛かり、例えば一般に、およそ３０乃至４０分掛かる。

米国特許出願公開第２００５／０１０９２７７号は代替的な運搬方法を教示しており、前駆体物質および関連する反応体物質は、ＭＥＭＳデバイスが中に配置される処理チャンバに運搬される前に膨張蒸気リザーバ内で処理される。この発明者は、ジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、およびパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）の前駆体物質と、水蒸気の反応体物質とを利用することを教示している。処理チャンバは、１００ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力、かつ３０℃乃至６０℃の範囲の温度で動作する。コーティングされるＭＥＭＳの粒子汚染を生じさせる前駆体物質の過剰な重合の問題を回避するために、再び水の量を慎重に制御する必要がある。しかしながら、既に記載された先行技術とは異なり、水は制御可能に処理チャンバまで運搬される。前駆体物質と反応体物質の容積比は、１：６乃至６：１の範囲に及ぶとして記載されている。このような状況下では、ＦＯＴＳまたはＤＤＭＳの前駆体物質について、反応時間が５分乃至３０分になることが、Ｍａｙｅｒ等の教示によって確認された。しかしながら、Ｍａｙｅｒ等は、ＦＤＴＳの前駆体物質を堆積するためにこの技術を利用すると、相当長い時間が掛かると述べている。

したがって、本発明の実施形態の目的は、先行技術に記載の方法の欠点を取り除く、あるいは少なくとも軽減する、ＭＥＭＳなどのデバイス上に薄膜またはコーティングを生成する堆積法を提供することである。

本発明の第１の態様によると、デバイス上にコーティングを堆積するのに適した堆積法が提供されており、当該方法は：
内部でコーティングが堆積される処理チャンバを提供するステップと；
１以上の前駆体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと；
１以上の反応体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと、を含んでおり、
堆積蒸気は処理チャンバ内で形成され、この堆積蒸気は、６：１より大きい反応体物質と前駆体物質の容積比を含む。

上記方法は、反応体物質と前駆体物質の間のこのような容積比に対して予想される、コーティングされるデバイスの粒子汚染を引き起こす前駆体物質の過剰な重合をすることなく、コーティングの堆積速度の向上を実現するという利点を有している。この堆積速度の向上はさらに、処理チャンバ内の動作圧力を先行技術のシステム内で利用されていた圧力よりも著しく高くなるように設定することができることによって補助されている。本書に記載の手法の更なる利点は、堆積を行うのに必要な前駆体の蒸気圧力を得るために、処理チャンバを加熱する必要がない点である。

反応体物質と前駆体物質の容積比は、１０：１以上であってもよい。

反応体物質と前駆体物質の容積比は、５０：１以上であってもよい。

反応体物質と前駆体物質の容積比は、１００：１以上であってもよい。

好適には、処理チャンバ内の動作圧力は１０Ｔｏｒｒよりも大きい。この動作圧力は、４０Ｔｏｒｒ以上であってもよい。この動作圧力は、１００Ｔｏｒｒ以上であってもよい。

最適には、１以上の前駆体物質の蒸気は、処理チャンバの外側から１以上の前駆体物質の蒸気を運搬することによって処理チャンバへと提供される。１以上の前駆体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって処理チャンバへと運搬されてもよい。

最適には、１以上の反応体物質の蒸気は、処理チャンバの外側から１以上の反応体物質の蒸気を運搬することによって処理チャンバへと提供される。１以上の反応体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって処理チャンバへと運搬されてもよい。

キャリアガスおよびバブルチャンバを利用することにより、所望の容積の前駆体物質および反応体物質の蒸気を処理チャンバへと運搬する手段を提供する。

好適には、１以上の前駆体物質は、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）を含む。代替的に、あるいはそれに加えて、１以上の前駆体物質は、ジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１−オクタデセン、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン（ＦＯＴＥＳ）、テトラヒドロオクチルメチルジクロロシラン（ＦＯＭＤＳ）、およびヘキサメチルジシラザン（ＨＤＭＳ）からなる前駆体物質の群から選択された前駆体物質を含みうる。

代替的に、１以上の前駆体物質は、親水性の有機部分または生物活性の有機部分を有する前駆体物質からなる前駆体物質の群から選択された前駆体物質を含む。

最適には、１以上の反応体物質は水（Ｈ_２Ｏ）を含む。

キャリアガスは、窒素または窒素ベースのガスといった不活性ガスであることが好ましい。代替的に、キャリアガスはヘリウムを含みうる。

この方法は更に、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を洗浄する、および／またはイオン化するステップを含みうる。好適には、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を洗浄する、および／またはイオン化するステップは、１以上の前駆体物質の蒸気および１以上の反応体物質の蒸気を処理チャンバに提供する前に、処理チャンバ内で行われる。

任意に、この方法はさらに、１以上の蒸気供給ラインを加熱するステップを含む。蒸気供給ラインを加熱するステップは、その中で前駆体蒸気の凝縮が確実に起こらないようにする。

最適には、コーティングは自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）コーティングを含む。

最適には、デバイスは微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を含む。

代替的に、デバイスは半導体構造を含みうる。

更に代替的には、デバイスは、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータといった携帯デバイスを含みうる。

更に代替的には、デバイスは織物または布地を含みうる。

本発明の第２の態様によると、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上にコーティングを堆積する方法が提供されており、当該方法は：
内部でコーティングが堆積される処理チャンバを提供するステップと；
１以上の前駆体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと；
１以上の反応体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと、を含んでおり、
堆積蒸気は処理チャンバ内で形成され、この堆積蒸気は、６：１より大きい反応体物質と前駆体物質の容積比を含む。

好適には、コーティングは自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を含む。

本発明の第２の態様の実施形態は、本発明の第１の態様またはその実施形態の１以上の特徴を含みうる、あるいはその逆もありうる。

本発明の第３の態様によると、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上にコーティングを堆積する方法が提供されており、当該方法は：
内部でコーティングが堆積される処理チャンバを提供するステップと；
１以上の前駆体物質の蒸気を処理チャンバに運搬するステップと；
１以上の反応体物質の蒸気を処理チャンバに運搬するステップと、を含んでおり、
堆積蒸気は処理チャンバ内で形成され、この堆積蒸気は、６：１より大きい反応体物質と前駆体物質の容積比を含む。

好適には、コーティングは自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を含む。

最適には、１以上の前駆体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって処理チャンバへと運搬される。

最適には、１以上の反応体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって処理チャンバへと運搬される。

本発明の第３の態様の実施形態は、本発明の第１若しくは第２の態様またはその実施形態の１以上の特徴を含みうる、あるいはその逆もありうる。

本発明の第４の態様によると、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを堆積するのに適した堆積法が提供されており、当該方法は：
内部でコーティングが堆積される処理チャンバを提供するステップと；
１以上の前駆体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと；
１以上の反応体物質の蒸気を処理チャンバに提供するステップと、を含んでおり、
堆積蒸気は処理チャンバ内で形成され、この堆積蒸気は、６：１より大きい反応体物質と前駆体物質の容積比を含む。

本発明の第４の態様の実施形態は、本発明の第１、第２若しくは第３の態様またはその実施形態の１以上の特徴を含みうる、あるいはその逆もありうる。

図面を参照して、本発明の様々な実施形態が単に例示として記載されている。
図１は、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを堆積するのに適した蒸着システムを概略的に示している。 図２は、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを堆積する方法を示すフローチャート図である。

図１を参照すると、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）２上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）コーティングを堆積するのに適した蒸着システム１が記載されている。

この蒸着システム１は、蒸気供給ライン４を介して第１および第２の蒸気源５および６に取り付けられた処理チャンバ３を具えることが見てとれる。圧力ゲージ７が処理チャンバ３内の圧力をモニタする。各蒸気源５および６は、キャリアガスを関連するバブルチャンバ１０に供給するキャリアガス源８を具えており、その流量はマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９によって決定される。ここで記載される実施形態では、第１のバブルチャンバ１０ａは前駆体物質を具え、第２のバブルチャンバ１０ｂは、処理チャンバ３内での堆積反応を補助するための関連する反応体物質を具えている。

各バブルチャンバ１０は、キャリアガスの入口１１とキャリアガスの出口１２とを具えている。したがって、キャリアガスは、関連するバブルチャンバ１０を通り、蒸気供給ライン４を介して処理チャンバ３へと移動し、所望の容積の前駆体蒸気および反応体物質の蒸気を処理チャンバ３まで運搬する手段を提供している。このキャリアガスは、窒素または窒素ベースのガスといった不活性ガスが好ましい。代替的に、キャリアガスはヘリウムを含みうる。蒸気供給ライン４は、前駆体蒸気の凝縮が確実に起こらないように加熱されてもよい。

堆積プロセス用にＭＥＭＳ２を配置する手段を提供するために、台座１３が処理チャンバ３内に配置されている。この台座は、必要に応じて加熱することもできる。

ポンプラインにおける圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）１５を介して処理チャンバ３に接続された真空ポンプ１４のポンプ流量および／またはＭＦＣ９を利用して、処理チャンバ３内の動作圧力を正確に制御する手段を提供することができる。

さらに、供給ライン４には、洗浄蒸気源１７に接続されたチャンバ洗浄ライン１６が（あるいは、代替的に処理チャンバ３に直接的に）接続されている。キャリアガスのラインと同様に、洗浄蒸気の流量はマスフローコントローラ（ＭＦＣ）によって決定される。

洗浄蒸気は、窒素または窒素ベースのガスといった不活性ガスが好ましい。代替的に、洗浄蒸気はヘリウムを含みうる。

下流のＲＦプラズマ源１８もまた、プラズマ制御バルブ１９を介して処理チャンバ３に接続されている。このＲＦプラズマ源は、酸素（Ｏ_２）プラズマ源が好ましい。

他の代替的な実施形態では、処理チャンバ３に２以上の蒸気の前駆体物質および／または２以上の対応する蒸気の反応体物質を供給するように、複数のバブルチャンバ１０を利用することができる。

自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を堆積する方法
図１の堆積システム１を利用する、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）２上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）コーティングを堆積する方法が図２を参照して記載されている。

当該技術分野において、温度性能と組み合わせて最良の反スティクション性能を提供すると考えられている前駆体物質は、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）である。しかしながら、このようなトリクロロシランは、最も粒子汚染の影響を受けやすいことが分かっている。したがって、時間を短く且つ粒子汚染を少なくする課題という観点で堆積させるのがより簡単な他の物質が、代替的な前駆体物質として頻繁に利用されている。したがって、本書に記載の手法の利点を最もよく実証するために、以下に記載する実施形態は、前駆体物質としてパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）を使用しており、反応体物質は水（Ｈ_２Ｏ）である。

第１の例では、ＭＥＭＳ２は処理チャンバ３内に配置されている。ＳＡＭコーティングの堆積プロセスを開始する前にＭＥＭＳ２の表面を清掃するため、次いでプラズマ源１８が処理チャンバ３に導入される。プラズマ処理をしている間のチャンバ圧力は一般に、１００乃至３００ワットのＲＦ力を用いて約０．５Ｔｏｒｒである。ＳＡＭコーティングを堆積する前であって更なる処理ステップが間に発生する前に、処理チャンバ３内に配置されている間にＭＥＭＳ２をプラズマによって処理することが好ましい。代替的に、ＭＥＭＳ２は、処理チャンバ３内に配置される前に遠隔プラズマ源を用いて処理することができる。

次いで、所定量のＦＤＴＳ蒸気と水蒸気それぞれを処理チャンバ３に提供するために、第１のバブルチャンバ１０ａと第２のバブルチャンバ１０ｂに供給された窒素のキャリアガスを用いてＳＡＭの堆積プロセスを開始する。このようにして、ＦＤＴＳ蒸気と水蒸気は、処理チャンバ３内で１つの堆積蒸気を形成する。処理チャンバに供給されるＦＤＴＳ蒸気と水蒸気の量は、キャリアガスの流量、バブルチャンバ１０ａおよび１０ｂおよび処理チャンバ３の温度と圧力に依存する。

ＦＤＴＳの前駆体物質を加熱しない状態、すなわち一般的な室温２０℃では、堆積プロセスを行うことができるように、十分な容積のキャリアガスによって前駆体蒸気を処理チャンバまで移動させることができる。この手法は、ＦＤＴＳの前駆体蒸気を反応状態が厳密に制御されている処理チャンバへと連続的に流入させることもできる。

例として、１ｓｃｃｍのＦＤＴＳの前駆体物質を処理チャンバに供給するために、毎分３０立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量の窒素のキャリアガスが第１のバブラー１０ａに流入するように設定される。同時に、５０ｓｃｃｍの水蒸気を処理チャンバに供給するために、１００ｓｃｃｍの流量の窒素のキャリアガスが第２のバブラー１０ｂに流入するように設定される。真空ポンプ１４および圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）を利用して、処理チャンバ３内の堆積蒸気について４０Ｔの動作圧力を維持する。圧力チャンバ３は室温〜２０℃で動作したが、内部でＦＤＴＳの前駆体物質の凝縮が確実に起こらないように蒸気供給ラインを加熱した。

当業者は理解するように、形成された堆積蒸気内のＦＤＴＳの前駆体物質と水の反応体物質の容積比は１：５０である。これは、このような状況ではＦＤＴＳの前駆体物質の過度な重合が起こり、ＦＤＴＳ物質の大きな塊を形成し、ひいては粒子汚染を引き起こす、ということを一貫して教示している先行技術の教示よりも著しく高い。上述した堆積流動技術および厳密なチャンバ制御について多少驚くべきは、非常に迅速なＦＤＳＴの反スティクションＳＡＭコーティングが、不要な気相の重合を引き起こすことなく実現される点である。ここに記載された状況では、ＦＤＴＳのＳＡＭコーティングは、既に公表された結果よりも著しく早い５分未満で堆積された。

一旦ＳＡＭの堆積が終了すると、ＭＥＭＳ２を処理チャンバ３から取り外すことができる。ＭＥＭＳ２デバイスを取り外す前に堆積蒸気を除去するために、チャンバ洗浄ライン１６を介して処理チャンバ３を洗浄してもよい。

本発明者は、堆積蒸気内のＦＤＴＳの前駆体物質と水の反応体物質の容積比を変化させることにより、ＦＤＴＳの反スティクションコーティングの製造を再現することができた。実際に、反応体物質と前駆体物質の６：１の容積比について推奨されている上限は、本書に記載の手法において全く限定されていない。すなわち、堆積蒸気内の水の反応体物質とＦＤＴＳの前駆体物質の容積比は６：１より高くてもよく、実際に１００：１程度にまで増加した。

処理チャンバ３に前駆体物質を供給するためにキャリアガスとバブルチャンバ１０ａおよび１０ｂを利用した結果、前駆体物質の所望の蒸気圧を得るために、圧力チャンバ３を先行技術において公表された通常の動作圧力、一般に１０Ｔｏｒｒ未満にまで下降させる必要がない。本発明者は、１００Ｔｏｒｒ以上の動作圧力で、ＦＤＴＳの反スティクションコーティングを確実に製造することができた。このように高い圧力は、堆積プロセスが終了するのに掛かる時間を短縮するのを補助する要因の１つである。

粒子汚染が生じない、ＦＤＴＳのＳＡＭコーティングの早い堆積速度は、多くの要因の結果だと考えられる。低流量の前駆体蒸気は、気相反応ひいては重合が生じる機会を減少させるため、粒子汚染が起こらないと考えられている。この低流量により、表面の反応速度を高め、ひいてはＳＡＭコーティングの堆積速度を高める高い圧力で堆積プロセスを行うことも可能となる。

本出願人は、上述した流量堆積技術における前駆体物質として、ジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１−オクタデセン、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン（ＦＯＴＥＳ）、テトラヒドロオクチルメチルジクロロシラン（ＦＯＭＤＳ）、およびヘキサメチルジシラザン（ＨＤＭＳ）を利用することにより、ＭＥＭＳ上への反スティクションコーティングの堆積速度が同様に向上することに気付いた。

本発明者は、幾つかの前駆体物質について、台座１３が加熱された場合に、ＳＡＭコーティングの均一特性がわずかに向上することを見出した。この温度以上でＳＡＭコーティングの均一特性に著しい差異は見られなかったため、これらのプロセスに利用した最大温度は４０℃であった。

上記手法は、反スティクションコーティングの堆積に限定されない。例えば、この手法は、コーティングを上に堆積するＭＥＭＳの粒子汚染の影響を減少させるために水は必要ない、あるいは水の量を慎重に制御する必要があると以前は同様に考えられていた、親水性の有機部分または生物活性の有機部分を有する前駆体物質の適用にも同等に適していると考えられる。

加えて、上記手法は、ＭＥＭＳ構造を含むデバイスに限定されない。本発明者は、半導体構造にコーティングを適用するためにこれらの技術も利用している。携帯デバイス（例えば、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータ）、織物または布地にコーティングを適用することも、上述した手法を適用することによって可能である。

本発明は、当該分野において既に記載された、ＭＥＭＳ上にコーティングまたは薄膜を堆積する方法に優る多くの利点を呈している。主な例では、既に記載されたよりも著しく多い量の水を処理チャンバに導入することができる。これは、コーティングを上に堆積するＭＥＭＳの粒子汚染を回避するために、記載された手法から水を排除する、あるいは水の量を慎重に制御することの何れかを教示する所与の先行技術の試みを驚かすものである。加えて、上記手法における動作圧力は、先行技術のシステムに利用される圧力よりも著しく高くすることができる。これらの動作パラメータの双方は、前駆体物質の堆積時間が、先行技術において既に公表されているよりも著しく短縮されるように組み合わせられる。

本書に記載された手法の更なる利点は、所望の前駆体蒸気圧を得るために、処理チャンバを加熱する必要がない点である。これは、処理および付随の設定をより複雑でないものとし、処理全体をさらに費用対効果の高いものとするため、明らかな利点である。

本発明は、デバイス上にコーティングを堆積するのに適した堆積法を記載している。この方法は、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを堆積するのに特に適している。この方法は、デバイスが内部に配置される処理チャンバに堆積蒸気を形成するためにキャリアガスを利用しており、堆積蒸気は、制御された量の蒸気の前駆体物質と蒸気の反応体物質とを含んでいる。記載された手法を利用することにより、反応体物質と前駆体物質の容積比が当該分野に既に利用されている比率よりも著しく高い場合であっても、デバイスの粒子汚染による問題となる影響を回避する。蒸気の前駆体物質は、水を含む関連する蒸気の反応体物質と共にＭＥＭＳに反スティクションコーティングを提供する種類のものとすることができる。

本発明の以上の記載は、図示し説明することを目的に示されており、本発明を開示された厳密な形態で網羅するあるいは限定することを意図するものではない。記載された実施形態は、本発明の原理およびその実質的な用途を最良に説明し、これにより、当該技術分野における当業者が、本発明を様々な実施形態で、且つ意図された特定の用途に適するよう様々な改変と共に最良に利用することができるように、選択し記載されている。したがって、添付された特許請求の範囲に規定されるような発明の範囲から逸脱することなく、更なる改変または変更を組み込むことができる。

Claims (25)

1. デバイスの構造上にコーティングを堆積するのに適した堆積法において、当該方法が：
   内部で前記コーティングが堆積される処理チャンバを提供するステップと；
   １以上の前駆体物質の蒸気を前記処理チャンバに提供するステップと；
   １以上の反応体物質の蒸気を前記処理チャンバに提供するステップと、を含んでおり、
   堆積蒸気が前記処理チャンバ内で形成され、前記堆積蒸気は、６：１より大きい前記反応体物質と前記前駆体物質の容積比を含んでいることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の堆積法において、前記反応体物質と前記前駆体物質の容積比が、１０：１以上であることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の堆積法において、前記反応体物質と前記前駆体物質の容積比が、５０：１以上であることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の堆積法において、前記反応体物質と前記前駆体物質の容積比が、１００：１以上であることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の堆積法において、前記処理チャンバ内の動作圧力が１０Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の堆積法において、動作圧力が４０Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の堆積法において、動作圧力が１００Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の前駆体物質の蒸気が、前記処理チャンバの外側から前記１以上の前駆体物質の蒸気を運搬することによって前記処理チャンバに提供されることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の堆積法において、前記１以上の前駆体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって前記処理チャンバへと運搬されることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の反応体物質の蒸気が、前記処理チャンバの外側から前記１以上の反応体物質の蒸気を運搬することによって前記処理チャンバに提供されることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の堆積法において、前記１以上の反応体物質の蒸気は、キャリアガスが１以上のバブルチャンバを通過することによって前記処理チャンバへと運搬されることを特徴とする方法。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の前駆体物質が、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）を含んでいることを特徴とする方法。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の前駆体物質が、ジクロロジメチルシラン（ＤＤＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１−オクタデセン、テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン（ＦＯＴＥＳ）、テトラヒドロオクチルメチルジクロロシラン（ＦＯＭＤＳ）およびヘキサメチルジシラザン（ＨＤＭＳ）からなる前駆体物質の群から選択された前駆体物質を含んでいることを特徴とする方法。
14. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の前駆体物質が、親水性の有機部分または生物活性の有機部分を有する前駆体物質を含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の堆積法において、前記１以上の反応体物質が水（Ｈ_２Ｏ）を含んでいることを特徴とする方法。
16. 請求項９、１１、または請求項９若しくは１１を引用する請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の堆積法において、前記キャリアガスが、窒素または窒素ベースのガスといった不活性ガスであることを特徴とする方法。
17. 請求項９、１１、または請求項９若しくは１１を引用する請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の堆積法において、前記キャリアガスがヘリウムを含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１乃至１７の何れか一項に記載の堆積法がさらに、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を洗浄する、および／またはイオン化するステップを含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の堆積法において、前記微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を洗浄する、および／またはイオン化するステップが、前記１以上の前駆体物質の蒸気および前記１以上の反応体物質の蒸気を前記処理チャンバに提供する前に前記処理チャンバ内で行われることを特徴とする方法。
20. 請求項１乃至１９の何れか一項に記載の堆積法がさらに、１以上の蒸気供給ラインを加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
21. 請求項１乃至２０の何れか一項に記載の堆積法において、前記コーティングが、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）のコーティングを含むことを特徴とする方法。
22. 請求項１乃至２１の何れか一項に記載の堆積法において、前記デバイスが微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を含むことを特徴とする方法。
23. 請求項１乃至２２の何れか一項に記載の堆積法において、前記デバイスが半導体構造を含むことを特徴とする方法。
24. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の堆積法において、前記デバイスが携帯デバイスを含むことを特徴とする方法。
25. 請求項１乃至２４の何れか一項に記載の堆積法において、前記デバイスが織物または布地を含むことを特徴とする方法。
    

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