JP2021025087A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に形成される有機膜の膜厚の均一性を高める。【解決手段】蒸着重合により基板に重合体の有機膜を成膜する成膜装置は、処理容器と、ガス供給部と、濃度分布制御部と、温度分布制御部とを備える。処理容器は、基板を収容する。ガス供給部は、処理容器内に、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを供給する。濃度分布制御部は、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを含む混合ガスの基板上における濃度が予め定められた分布となるように処理容器内におけるガスの流れを制御する。温度分布制御部は、混合ガスの濃度が高い領域に対応する基板の領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応する基板の領域の温度よりも高くなるように、基板の温度分布を制御する。【選択図】図1

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、成膜装置および成膜制御方法に関する。
2種類のモノマーを含むガスを、基板が収容された処理容器内に供給し、2種類のモノマーの重合反応により基板に重合体の有機膜を成膜する技術が知られている。例えば、芳香族アルキル、脂環状、または脂肪族のジイソシアネートモノマーと、芳香族アルキル、脂環状、または脂肪族のジアミンモノマーとの真空蒸着重合反応により、被処理基板に重合体の膜を成膜する技術が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。
国際公開第2008/129925号
本開示は、基板に形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる技術を提供する。
本開示の一側面は、蒸着重合により基板に重合体の有機膜を成膜する成膜装置であって、処理容器と、ガス供給部と、濃度分布制御部と、温度分布制御部とを備える。処理容器は、基板を収容する。ガス供給部は、処理容器内に、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを供給する。濃度分布制御部は、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを含む混合ガスの基板上における濃度が予め定められた分布となるように処理容器内におけるガスの流れを制御する。温度分布制御部は、混合ガスの濃度が高い領域に対応する基板の領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応する基板の領域の温度よりも高くなるように、基板の温度分布を制御する。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、基板に形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる。
図1は、本開示の第1の実施形態における成膜装置の一例を示す図である。 図2は、天板の処理空間側の面の一例を示す図である。 図3は、ウエハの温度とデポジションレート(D/R)との関係の一例を示す図である。 図4は、ウエハの温度分布の一例を示す図である。 図5は、天板ヒータの温度とウエハの温度との関係の一例を示す図である。 図6は、天板とステージ上のウエハとの間のキャップとウエハの温度との関係の一例を示す図である。 図7は、比較例においてウエハに形成された有機膜の膜厚分布およびウエハの温度分布の一例を示す図である。 図8は、第1の実施形態においてウエハに形成された有機膜の膜厚分布およびウエハの温度分布の一例を示す図である。 図9は、ギャップと膜厚の均一性との関係の一例を示す図である。 図10は、比較例におけるパーティクルの付着量の一例を示す図である。 図11は、第1の実施形態におけるパーティクルの付着量の一例を示す図である。 図12は、第2の実施形態における天板ヒータの一例を示す図である。 図13は、第3の実施形態における成膜装置の一例を示す図である。 図14は、第4の実施形態における成膜装置の一例を示す図である。 図15は、第4の実施形態におけるステージの温度分布の一例を示す図である。 図16は、85℃で成膜された有機膜の膜厚を基準とした膜厚の比率の一例を示す図である。 図17は、膜厚の比率に対するクリーニング頻度の一例を示す図である。 図18は、第5の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図19は、第6の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図20は、第7の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図21は、第7の実施形態におけるガス供給管の一例を示すA−A断面図である。 図22は、第8の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図23は、第9の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図24は、第9の実施形態におけるガス供給管の一例を示すA−A断面図である。 図25は、第10の実施形態における成膜装置の一例を示す部分断面図である。 図26は、第10の実施形態におけるガス供給管の一例を示す断面図である。
以下に、開示される成膜装置および成膜方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される成膜装置および成膜方法が限定されるものではない。また、各実施形態は、内容が矛盾しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
ところで、蒸着重合では、基板の温度によって成膜速度が大きく変化する。そのため、成膜される重合体の膜厚を均一にするためには、基板の温度をより均一にすることが考えられる。
しかし、基板に形成される有機膜の成膜速度は、2種類のモノマーを含むガスの濃度によっても異なる。そのため、基板の温度が均一であるとしても、基板上に供給された2種類のモノマーを含むガスの濃度が基板の領域によって異なると、膜厚を均一にすることは難しい。
そこで、本開示は、基板に形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる技術を提供する。
(第1の実施形態)
[成膜装置1の構成]
図1は、本開示の第1の実施形態における成膜装置1の一例を示す図である。本実施形態における成膜装置1は、複数種類のモノマーを用いた蒸着重合により、基板の一例である略円板状のウエハW上に重合体の有機膜を成膜する。成膜装置1は、装置本体10および制御装置100を備える。装置本体10は、ウエハWを収容する処理容器11を備える。
処理容器11は、アルミニウム等の金属により形成された下部容器12および排気ダクト13を有する。下部容器12は、処理容器11の下部を構成する。下部容器12は接地されている。下部容器12の側壁には、側壁ヒータ121a〜121cが埋め込まれている。また、下部容器12の側壁には、ウエハWの搬入および搬出を行うための開口部120が形成されている。開口部120は、ゲートバルブGによって開閉される。
排気ダクト13は、下部容器12の上部に設けられており、処理容器11の側壁の一部をなす。本実施形態において、排気ダクト13は、縦断面が中空の角型形状であり、下部容器12の上部に沿って円環状に湾曲させて構成されている。排気ダクト13には、排気ダクト13の延伸方向に沿ってスリット状の排気口130が形成されている。排気口130は、処理容器11内に収容されたウエハWの周縁に沿って、ウエハWの領域の外側に配置され、処理容器11内のガスを排気する。また、処理容器11の内側の空間に面する排気ダクト13の側壁には、側壁ヒータ121dが埋め込まれている。側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱によって、ステージ21上に載置されたウエハWが加熱される。側壁ヒータ121a〜121dの温度は、制御装置100によって例えば1℃単位で制御される。
また、排気ダクト13には、排気管16の一端が接続されている。排気管16の他端は、APC(Auto Pressure Controller)バルブ等の圧力調整バルブ17を介して真空ポンプ等を有する排気装置18に接続されている。圧力調整バルブ17は、制御装置100によって制御され、処理容器11内の圧力を予め設定された圧力に制御する。なお、排気管16、圧力調整バルブ17、および排気装置18は、反応副生成物(いわゆるデポ)の付着を抑制するために、図示しないヒータにより、例えば150℃前後の温度に加熱されている。
処理容器11内には、ウエハWを載置する支持構造体20が設けられている。支持構造体20は、ステージ21および支持部22を有する。ステージ21は、例えばアルミニウム等の金属により構成され、上面にウエハWが載置される。支持部22は、例えばアルミニウム等の金属により筒状に構成され、ステージ21を下方から支持する。
ステージ21には、ステージヒータ24が埋め込まれている。ステージヒータ24は、供給された電力に応じてステージ21上に載置されたウエハWを加熱する。ステージヒータ24に供給される電力は、制御装置100によって制御され、ステージヒータ24の温度は、例えば1℃単位で制御される。
また、ステージ21内には、熱媒体が流通する流路25が形成されている。流路25には、配管26aおよび配管26bを介して、図示しないチラーユニット等の温調機構が接続されている。温調機構によって予め定められた温度に調整された熱媒体が配管26aを介して流路25に供給され、流路25内を流れた熱媒体が、配管26bを介して温調機構に戻される。流路25内を循環する熱媒体によりステージ21の温度が制御される。温調機構は、制御装置100によって制御される。熱媒体の温度は、制御装置100によって例えば1℃単位で制御される。
ステージ21の上面であって、ステージ21上に載置されるウエハWの周囲には、環状のエッジリング23が取り外し可能に配置されている。
支持部22は、下部容器12の底部に形成された開口部を貫通するように下部容器12内に配置されている。支持部22の下端には、導電性の材料により構成されたフランジ61が接続されている。フランジ61の下面側には、シャフト62の上端が接続されている。シャフト62の下端は、昇降機構63に接続されている。昇降機構63は、シャフト62を昇降させる。昇降機構63によってシャフト62が昇降することにより、支持構造体20は、フランジ61と一体となって昇降する。昇降機構63は、ステージ21上に載置されたウエハWと、後述する天板40との間の距離を制御する。
下部容器12の底部とフランジ61とは、金属製のベローズ60を介して接続されている。これにより、昇降機構63によって支持構造体20が昇降した場合でも、処理容器11内の気密性が維持される。ベローズ60およびフランジ61は、処理容器11を介して接地されている。ステージ21は、支持部22を介してフランジ61に接続されており、フランジ61を介して接地されている。
環状の排気ダクト13の上方には、天板40が設けられている。天板40は、排気ダクト13の上に配置された絶縁体14によって支持されている。絶縁体14および天板40によって処理容器11の天井部が構成されている。処理容器11内において、ステージ21に載置されたウエハWと天板40の間の空間を処理空間SPと定義し、処理空間SPの外側の空間を外部空間SEと定義する。
天板40内には、ガスを拡散するための拡散室42が形成されている。天板40の上面には、拡散室42内にガスを供給するための配管34が接続されている。また、天板40の下面には、拡散室42に連通する複数の吐出口41が形成されている。配管34から拡散室42内に供給されたガスは、拡散室42内を拡散し、吐出口41から処理容器11内の空間に供給される。
図2は、天板40の処理空間SP側の面の一例を示す図である。図2には、ステージ21上に載置されたウエハWの外形が破線で示されている。本実施形態において、複数の吐出口41は、例えば図2に示されるように、ステージ21上に載置されたウエハWの周縁に沿って配置されており、拡散室42内に供給されたガスを、処理容器11内においてウエハWの領域の外側の空間である外部空間SEに供給する。吐出口41は、第1の供給口の一例である。なお、吐出口41は、ウエハWの領域の外側の外部空間SE内にガスを吐出するように構成されていれば、エッジリング23の直上に配置されていてもよい。
図1に戻って説明を続ける。天板40の上面には、天板ヒータ400が設けられている。天板ヒータ400によって天板40が加熱され、天板40からの輻射熱によって、ステージ21上に載置されたウエハWが加熱される。天板ヒータ400の温度は、制御装置100によって例えば1℃単位で制御される。
配管34には、ガス供給部300が接続されている。ガス供給部300は、原料供給源30a〜30b、気化器31a〜31b、マスフローコントローラ(MFC)32a〜32c、およびバルブ33a〜33cを有する。バルブ33aには、MFC32aおよび気化器31aを介して、原料供給源30aが接続されている。バルブ33bには、MFC32bおよび気化器31bを介して原料供給源30bが接続されている。
原料供給源30aは、例えばイソシアネート等の第1のモノマーの供給源である。気化器31aは、原料供給源30aから供給された第1のモノマーの液体を気化させる。MFC32aは、気化器31aによって気化された第1のモノマーのガスの流量を制御する。バルブ33aは、第1のモノマーのガスの配管34への供給および供給停止を制御する。
原料供給源30bは、例えばアミン等の第2のモノマーの供給源である。気化器31bは、原料供給源30bから供給された第2のモノマーの液体を気化させる。MFC32bは、気化器31bによって気化された第2のモノマーのガスの流量を制御する。バルブ33bは、第2のモノマーのガスの配管34への供給および供給停止を制御する。
原料供給源30aから供給された第1のモノマーのガスと、原料供給源30bから供給された第2のモノマーのガスとは、配管34を介して拡散室42内に供給され、拡散室42内を拡散しながら混合される。そして、第1のモノマーと第2のモノマーの混合ガスは、吐出口41を介して処理容器11内に供給され、ステージ21に載置されたウエハW上に、ポリ尿素結合を有する重合体の有機膜を形成する。
ところで、天板40の複数の吐出口41は、ステージ21上に載置されたウエハWの領域の外側の外部空間SEに2種類のモノマーの混合ガスを吐出する。複数の吐出口41から吐出された混合ガスは、外部空間SEからウエハW上の処理空間SP内に拡散する。
ここで、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが大きいと、外部空間SEのコンダクタンスに対して、処理空間SPのコンダクタンスが大きくなり、外部空間SE内に供給された混合ガスが処理空間SP内に拡散しやすい。これにより、ウエハWの中心付近の領域における混合ガスの濃度が、ウエハWのエッジ付近の領域における混合ガスの濃度よりも高くなる。
一方、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが小さくなると、外部空間SEのコンダクタンスに対して、処理空間SPのコンダクタンスが小さくなり、外部空間SE内に供給された混合ガスが処理空間SP内に拡散し難くなる。これにより、ウエハWの中心付近の領域における混合ガスの濃度が、ウエハWのエッジ付近の領域における混合ガスの濃度よりも低くなる。
このように、本実施形態の成膜装置1は、ステージ21上に載置されたウエハWの領域の外側の外部空間SEに2種類のモノマーの混合ガスを吐出すると共に、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを調整する。これにより、ウエハWの中心軸を中心として、ウエハWの径方向における混合ガスの濃度分布を制御することができる。複数の吐出口41および昇降機構63は、濃度分布制御部の一例である。
なお、配管34は、図示しないヒータにより、例えば200℃前後の温度に加熱され、天板40は、天板ヒータ400により、例えば180℃前後の温度に加熱される。これにより、配管34および拡散室42内では、第1のモノマーおよび第2のモノマーの重合反応が抑制される。一方、ウエハWの表面は、例えば85℃前後に制御される。これにより、ウエハWの表面には、第1のモノマーと第2のモノマーの混合ガスによって、重合体の有機膜が形成される。
また、配管34には、プラズマを生成するプラズマ発生器39が接続されている。プラズマ発生器39は、クリーニングガスをプラズマ化し、プラズマに含まれる活性種等を、配管34を介して天板40の拡散室42内に供給する。拡散室42内に供給された活性種等は、吐出口41を介して処理容器11内に供給される。クリーニングガスとしては、例えば、酸素(O2)ガスやハロゲン含有ガスを用いることができる。ハロゲン含有ガスとしては、例えば、塩素(Cl2)ガス、塩化水素(HCl)ガス、臭素(Br2)ガス、臭化水素(HBr)ガス、ヨウ化水素(HI)ガス等を用いることができる。
いくつかのウエハWに対して蒸着重合による有機膜が形成された後、プラズマ発生器39によってクリーニングガスがプラズマ化され、プラズマに含まれる活性種等が処理容器11内に供給される。そして、処理容器11内に供給された活性種等により、処理容器11内に付着したデポが除去される。
制御装置100は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。制御装置100内のプロセッサは、メモリに格納されたプログラムやレシピを読み出して実行することにより、入出力インターフェイスを介して装置本体10の各部を制御する。
[デポジションレートの温度依存性]
ここで、第1のモノマーおよび第2のモノマーの混合ガスは、温度が低いほど重合反応を起こしやすい。そのため、例えば図3に示されるように、ウエハWの温度が低いほど、ウエハWに積層される重合体の有機膜のデポジションレート(D/R)は大きくなる。図3は、ウエハWの温度とD/Rとの関係の一例を示す図である。
図3の例では、1℃当たり重合体のD/Rが約15%変化している。そのため、例えば1℃単位の分解能で制御されるステージヒータ24および熱媒体のみを用いてウエハWの温度が制御された場合、ウエハWの膜厚は15%程度の範囲でばらつくことになる。ウエハWの膜厚のばらつきが大きいと、膜厚の要求仕様を満たすことが難しい。
ウエハWの膜厚のばらつきを低減するために、ステージヒータ24および熱媒体の温度制御を、1℃単位よりも細かい分解能で制御することも考えられる。しかし、その場合、成膜装置1が大型化したり、成膜装置1のコストが増加することになるため、ステージヒータ24および熱媒体の温度制御の分解能を高めることは難しい。
[ウエハWの温度分布]
図4は、ウエハWの温度分布の一例を示す図である。ステージヒータ24の温度が例えば80℃に設定された場合、ステージヒータ24によるステージ21の上面の温度分布は、例えば図4の点線で示される温度分布となる。
一方、天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱の温度分布は、例えば図4の一点破線で示される温度分布となる。この場合の天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dの温度は例えば120℃であり、天板ヒータ400とステージ21上のウエハWとの間のギャップは例えば20mmである。
ウエハWの温度分布は、例えば図4の実線で示されるように、ステージヒータ24の温度分布と、天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱の温度分布とが合成された温度分布となる。そのため、ステージヒータ24の温度と、天板ヒータ400とステージ21上のウエハWとの間のギャップとを固定した場合でも、天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱を調整することにより、ウエハWの温度を変更することができる。
[天板ヒータ400の温度とウエハWの温度との関係]
図5は、天板ヒータ400の温度とウエハWの温度との関係の一例を示す図である。図5に例示された実験では、ステージヒータ24によってステージ21の温度が80℃に設定され、側壁ヒータ121a〜121dの温度が120℃に設定され、天板ヒータ400とステージ21上のウエハWとの間のギャップが20mmに設定されている。
例えば図5に示されるように、天板ヒータ400の温度が上昇すると、天板ヒータ400によって加熱された天板40からの輻射熱により、ウエハWの温度も上昇する。図5を参照すると、この傾向は、ウエハWの中央付近、エッジ付近、およびその中間位置のいずれの位置においても同程度である。
ここで、天板ヒータ400の温度が60℃上昇しても、ウエハWの温度は約6℃程度しか上昇していない。即ち、ウエハWの温度変化は、天板ヒータ400の温度変化の約1/10となっている。そのため、天板ヒータ400の温度を1℃単位の分解能で制御すれば、ウエハWの温度を1℃単位以下の分解能(具体的には、例えば約0.1℃単位の分解能)で制御することができる。これにより、ウエハWの膜厚のばらつきを、例えば1.5%程度の範囲まで低減させることができる。
側壁ヒータ121a〜121dにおいても、下部容器12および排気ダクト13の側壁からウエハWに輻射熱が放射される。そのため、側壁ヒータ121a〜121dの温度を1℃単位で制御することにより、ウエハWの温度を1℃単位以下の分解能で制御することができる。なお、天板ヒータ400と側壁ヒータ121a〜121dとの温度の比を調整することにより、ウエハWの中心付近の温度をエッジ付近よりも高くしたり、または、ウエハWの中心付近の温度をエッジ付近よりも低くしたりすることも可能となる。そのため、天板ヒータ400と側壁ヒータ121a〜121dとの温度の比を調整することにより、ウエハWの中心軸に対して径方向におけるウエハWの温度分布を制御することも可能となる。天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dは、温度分布制御部の一例である。
[天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップとウエハWの温度との関係]
シリコン膜、誘電体膜、または金属膜等をCVD(Chemical Vapor Deposition)やALD(Atomic Layer Deposition)等により成膜する場合、成膜は表面吸着反応に律速される。そのため、CVDやALD等の成膜では、ウエハWが載置されるステージ21のステージヒータ24の温度が支配的となる。しかし、本実施形態のように、2種類のモノマーを用いた重合反応では、ステージヒータ24の温度だけでなく、処理空間SPの温度も反応に影響を与える。
図6は、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップとウエハWの温度との関係の一例を示す図である。図6に示された実験では、ステージヒータ24によってステージ21の温度が80℃に設定され、天板ヒータ400および側壁ヒータ121a〜121dの温度がそれぞれ120℃に設定されている。
例えば図6に示されるように、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが大きくなると、天板40からウエハWに照射される輻射熱の量が減少するため、ウエハWの温度が低下する。一方、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが小さくなると、天板40からウエハWに照射される輻射熱の量が増加するため、ウエハWの温度が上昇する。
ここで、図6を参照すると、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが10mm増加した場合、ウエハWの温度が約2℃低下している。即ち、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを1mm変化させることにより、ウエハWの温度を約0.2℃変化させることができる。本実施形態の昇降機構63では、ステージ21を0.5mm単位の分解能で上下方向に昇降させることができる。そのため、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを制御することにより、ウエハWの温度を約0.1℃単位で調整することができる。天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを制御することによっても、ウエハWの膜厚のばらつきを、例えば1.5%程度の範囲まで低減することができる。
ここで、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが大きくなると、ステージヒータ24からの熱および側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱に対して、天板40からの輻射熱の影響が小さくなる。これにより、ステージ21上のウエハWにおいて、ウエハWの中心付近の温度が、ウエハWのエッジ付近の温度よりも低くなる。一方、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが小さくなると、ステージヒータ24からの熱および側壁ヒータ121a〜121dからの輻射熱に対して、天板40からの輻射熱の影響が大きくなる。これにより、ステージ21上のウエハWにおいて、ウエハWの中心付近の温度が、ウエハWのエッジ付近の温度よりも高くなる。
このように、本実施形態の成膜装置1は、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを調整することにより、ウエハWの中心軸を中心として、ウエハWの径方向におけるウエハWの温度分布を制御することもできる。
[膜厚分布]
ここで、蒸着重合によりウエハW上に成膜される有機膜の膜厚の分布について、シミュレーションを行った。シミュレーションでは、ウエハWの領域内にも多数の吐出口が設けられたシャワーヘッドを用いて2種類のモノマーが供給される成膜装置を比較例として用いた。シャワーヘッドを用いた比較例の成膜装置では、ウエハWの領域全体に、ほぼ均一に2種類のモノマーの混合ガスが供給される。
図7は、比較例においてウエハWに形成された有機膜の膜厚分布およびウエハWの温度分布の一例を示す図である。図7に例示されたウエハWの温度分布では、ウエハWの中央付近の温度よりもウエハWのエッジ付近の温度の方が若干高い分布となっている。また、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが大きくなると、シャワーヘッドからの輻射熱が減少するため、ウエハWの中央付近の温度が低下している。
比較例の成膜装置では、シャワーヘッドにより、ウエハWの領域全体に、ほぼ均一に2種類のモノマーの混合ガスが供給される。また、85℃付近では、例えば図3で説明したように、温度が高くなるほどD/Rが低くなる。そのため、比較例において、ウエハW上に成膜された有機膜の膜厚の分布は、温度が比較的低い領域の膜厚が大きく、温度が比較的高い領域の膜厚が小さくなっており、ウエハWの温度分布に沿った膜厚分布となっている。
また、図7に例示されるように、比較例では、10.5[mm]、50[mm]、および100[mm]のいずれのギャップにおいても、ウエハW上に成膜された有機膜の膜厚の均一性(Unif)が±10%以上となっている。
図8は、第1の実施形態においてウエハに形成された有機膜の膜厚分布およびウエハの温度分布の一例を示す図である。図8に例示されたウエハWの温度分布でも、ウエハWの中央付近の温度よりもウエハWのエッジ付近の温度の方が若干高い分布となっている。また、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが大きくなると、天板40からの輻射熱が減少するため、ウエハWの中央付近の温度が低下している。
本実施形態の成膜装置1では、15[mm]、70[mm]、および120[mm]のいずれのギャップにおいても、比較例よりも膜厚の均一性が向上している。
これは、吐出口41からの混合ガスが、処理空間SP内ではなく、処理空間SPの外側の外部空間SEに供給されることにより、比較的温度が低い中央付近で混合ガスの濃度が低くなり、比較的温度が高いエッジ付近で混合ガスの濃度が高くなったためと考えられる。
図9は、ギャップと膜厚の均一性との関係の一例を示す図である。図9に例示されるように、比較例の成膜装置では、膜厚の均一性とギャップとの間に相関は見られない。これに対し、本実施形態の成膜装置1では、ギャップが15[mm]〜120[mm]の範囲では、ギャップが小さくなるほど、膜厚の均一性が向上する傾向がみられる。
本実施形態において、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが小さくなると、処理空間SPのコンダクタンスが小さくなり、外部空間SE内に供給された混合ガスが処理空間SP内に拡散し難くなる。そのため、ウエハWの中心付近の領域における混合ガスの濃度が、ウエハWのエッジ付近の領域における混合ガスの濃度よりも低くなる。これにより、ウエハWの領域の中で、温度が比較的高いエッジ付近の領域において、混合ガスの濃度が高く、温度が比較的低い中央付近の領域において、混合ガスの濃度が低くなる。
このように、本実施形態の成膜装置1では、ウエハW上において、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを含む混合ガスの濃度が高い領域と低い領域とが形成される。また、混合ガスの濃度が高い領域に対応するウエハWの領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応するウエハWの領域の温度よりも高くなるように、ウエハWの温度分布が制御される。これにより、ウエハW上の領域において、混合ガスによって形成される有機膜の厚さのばらつきが抑制され、比較例よりも均一性を向上させることができる。
なお、図9に例示されるように、ギャップが小さ過ぎると、処理空間SPのコンダクタンスが小さくなり過ぎ、外部空間SEから処理空間SP内へ混合ガスがさらに拡散し難くなり、ウエハWの中央付近の膜厚が極端に小さくなる。そのため、ギャップが小さ過ぎると、エッジ付近に比べて中央付近の膜厚が極端に小さくなり、膜厚の均一性が逆に悪化する。外部空間SEから処理空間SP内へ拡散する混合ガスの量は、圧力調整バルブ17により制御される処理容器11内の圧力によっても変更可能であるが、昇降機構63の制御精度を考慮すると、ギャップは、5[mm]〜120[mm]の範囲であることが好ましく、15[mm]〜100[mm]の範囲であることがより好ましい。
[パーティクルの付着]
ここで、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを含む混合ガスの一部は、ウエハW上に到達する前に、気相で重合体の粒子を形成する場合がある。気相で形成された重合体の粒子は、パーティクルとなって処理容器11内を漂う。ウエハW上にパーティクルが付着すると、パーティクルが付着した部分の膜質が意図したものではなくなるため、ウエハWから製造される半導体デバイスにおいて不良が発生し、半導体デバイスの歩留まりが低下してしまう。そのため、ウエハWへのパーティクルの付着量は少ない方が好ましい。
図10は、比較例におけるパーティクルの付着量の一例を示す図である。比較例の成膜装置では、シャワーヘッドによりウエハWの領域の上方から混合ガスが供給されるため、ウエハWの上方の処理空間SPにおいてパーティクルが発生する。ウエハWの上方の処理空間SPにおいて発生したパーティクルの一部は、ガスの流れに沿って排気口130から排気される。しかし、処理空間SPにおいて発生したパーティクルの大半は、ガスの分子よりも重いため、重力の影響によりウエハW上に落下し、ウエハWに付着する。そのため、ウエハWには、例えば図10に示されるように、多くのパーティクルが付着することになる。
図11は、第1の実施形態におけるパーティクルの付着量の一例を示す図である。本実施形態の成膜装置1において、複数の吐出口41は、ステージ21上に載置されたウエハWの周縁に沿って外部空間SEにガスを吐出する。外部空間SE内において発生したパーティクルの大半は、ガスの流れに沿って排気口130から排気されたり、重力の影響によりウエハWの領域の外側に落下する。そのため、外部空間SEにおいて発生したパーティクルは、処理空間SP内にはほとんど侵入しない。一方、ガスの分子は、パーティクルよりも軽いため、処理容器11内を拡散し、処理空間SP内にも侵入し、成膜に寄与する。そのため、実施形態の成膜装置1では、例えば図11に示されるように、比較例に比べてウエハWに付着するパーティクルが抑制される。これにより、ウエハWから製造される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。
以上、第1の実施形態について説明した。本実施形態における成膜装置1は、蒸着重合によりウエハWに重合体の有機膜を成膜する装置であって、処理容器11と、ガス供給部300と、濃度分布制御部と、温度分布制御部とを備える。処理容器11は、ウエハWを収容する。ガス供給部300は、処理容器11内に、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを供給する。濃度分布制御部は、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを含む混合ガスのウエハW上における濃度が予め定められた分布となるように処理容器11内におけるガスの流れを制御する。温度分布制御部は、混合ガスの濃度が高い領域に対応するウエハWの領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応するウエハWの領域の温度よりも高くなるように、ウエハWの温度分布を制御する。これにより、ウエハWに形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる。
また、上記した実施形態において、濃度分布制御部は、複数の吐出口41と、排気口130と、昇降機構63とを有する。複数の吐出口41は、ステージ21上に載置されたウエハWの周縁に沿って配置され、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを、処理容器11内においてウエハWの領域の外側に供給する。昇降機構63は、処理容器11内に設けられたステージ21上に載置されたウエハWと処理容器11の天板40との間の距離を制御する。濃度分布制御部は、昇降機構63により、ウエハWの領域の外側の空間のコンダクタンスに対する天板40とステージ21上のウエハWとの間のコンダクタンスを制御することで、ウエハW上における混合ガスの濃度が予め定められた分布となるように処理容器11内における混合ガスの流れを制御する。これにより、ウエハWに形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる。
また、上記した実施形態において、温度分布制御部は、天板ヒータ400と側壁ヒータ121a〜121cとを有する。天板ヒータ400は、天板40に設けられており、側壁ヒータ121a〜121cは、処理容器11の側壁に設けられている。温度分布制御部は、側壁ヒータ121a〜121cによって加熱された側壁からの輻射熱と、天板ヒータ400によって加熱された天板40からの輻射熱との比を制御することにより、混合ガスの濃度が高い領域に対応するウエハWの領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応するウエハWの領域の温度よりも高くなるように、ウエハWの温度分布を制御する。これにより、ウエハWに形成される有機膜の膜厚の均一性を高めることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、1つの天板ヒータ400によって加熱された天板40からステージ21上のウエハWの輻射熱が照射された。これに対し、本実施形態の成膜装置1では、天板40の複数の領域のそれぞれにヒータが個別に設けられ、天板40の領域のそれぞれが個別の温度に加熱される。これにより、天板40からステージ21上のウエハWに放射される輻射熱の分布を制御することができ、ウエハWの温度分布をより細かく制御することができる。なお、成膜装置1の構成は、以下に説明する点を除き、図1において説明された成膜装置1と同様であるため、重複する説明は省略する。
図12は、第2の実施形態における天板ヒータ400の一例を示す図である。図12では、天板ヒータ400が設けられた側から見た天板40が、点線で示された吐出口41の位置およびウエハWの位置と共に示されている。
本実施形態における天板ヒータ400は、ステージ21上に載置されたウエハWの中心軸を中心とする円の径方向に分割された複数の部分ヒータ411a〜411dを有する。以下では、複数の部分ヒータ411a〜411dのそれぞれを区別することなく総称する場合に部分ヒータ411と記載する。それぞれの部分ヒータ411の温度は、互いに独立に制御することができる。
部分ヒータ411aは、略円板状に形成され、ステージ21上に載置されたウエハWの中心軸Xを中心とする円状の領域410a内に配置されている。部分ヒータ411bは、略円環状の板状に形成され、領域410aの周囲の領域410bであって、中心軸Xを中心とする円環状の領域410b内に配置されている。部分ヒータ411cは、略円環状の板状に形成され、領域410bの周囲の領域410cであって、中心軸Xを中心とする円環状の領域410c内に配置されている。部分ヒータ411dは、略円環状の板状に形成され、領域410cの周囲の領域410dであって、中心軸Xを中心とする円環状の領域410d内に配置されている。本実施形態において、部分ヒータ411dは、ウエハWの領域の外側に配置されている。
このように、本実施形態の天板ヒータ400は、ステージ21上に載置されたウエハWの中心軸Xを中心とする円の径方向に、複数の部分ヒータ411に分割されている。複数の部分ヒータ411のそれぞれの温度を独立に制御することにより、天板40からステージ21上のウエハWに照射される輻射熱の分布を制御することができ、ウエハWの温度分布をより細かく制御することができる。
なお、図12の例では、天板ヒータ400は、4個の部分ヒータ411を有するが、開示の技術はこれに限られず、天板ヒータ400は、3個以下の部分ヒータ411または5個以上の部分ヒータ411を有していてもよい。
以上、第2の実施形態について説明した。本実施形態において、ウエハWは、略円板状であり、天板ヒータ400は、ステージ21に載置されたウエハWの中心軸Xを中心とする円の径方向に分割された複数の部分ヒータ411を有する。温度分布制御部は、それぞれの部分ヒータ411の温度をそれぞれ独立に制御することにより、混合ガスの濃度が高い領域に対応するウエハWの領域の温度が、混合ガスの濃度が低い領域に対応するウエハWの領域の温度よりも高くなるように、ウエハWの温度分布を制御する。これにより、ウエハWの温度分布をより細かく制御することができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、外部空間SEに2種類のモノマーの混合ガスを吐出すると共に、昇降機構63により天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップを調整することにより、ウエハWの径方向における混合ガスの濃度分布を制御する。これに対し、本実施形態では、ステージ21上のウエハWの中心軸に沿って天板40からウエハWへ不活性ガスが供給される。これにより、ウエハWの中央付近の混合ガスの濃度をさらに低下させることができ、ウエハWの径方向における混合ガスの濃度分布をより細かく制御することができる。
図13は、第3の実施形態における成膜装置1の一例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図13において、図1と同じ符号が付された構成は、図1を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
本実施形態において、ステージ21上に載置されたウエハWの中心軸上の天板40の位置には、吐出口380が設けられており、吐出口380には、天板40を貫通するように配置された配管38が接続されている。吐出口380は、第2の供給口の一例である。配管38には、バルブ37およびMFC36を介してガス供給源35が接続されている。
ガス供給源35は、例えば窒素ガス等の不活性ガスの供給源である。MFC36は、ガス供給源35から供給された不活性ガスの流量を制御する。バルブ37は、不活性ガスの配管38への供給および供給停止を制御する。配管38に供給された不活性ガスは、吐出口380からステージ21上のウエハWに向かって供給される。
吐出口380から吐出される不活性ガスにより、ウエハWの中央付近において、2種類のモノマーの混合ガスの濃度が低下する。吐出口380から吐出される不活性ガスの流量を制御することにより、ウエハWの径方向における混合ガスの濃度分布をより細かく制御することができる。
また、吐出口380からウエハWの中央付近に吐出された不活性ガスは、処理空間SPから外部空間SEに向かって放射状に流れる。これにより、外部空間SEから処理空間SP内へのパーティクルの侵入が抑制される。これにより、ウエハWに形成される有機膜の膜厚の均一性を向上させることができる。
なお、配管38は、図示しないヒータにより、例えば200℃前後の温度に加熱されている。これにより、不活性ガスにより配管38を介して天板40の温度が変化したり、不活性ガスが供給されたウエハWの領域の温度が変化することが抑制される。
以上、第3の実施形態について説明した。本実施形態において、天板40には、ステージ21に載置されたウエハWの中心軸上に設けられ、ウエハWに向かって不活性ガスを供給する吐出口380が設けられている。これにより、ウエハWの径方向における混合ガスの濃度分布をより細かく制御することができる。
(第4の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、ステージ21内にウエハWを加熱するためのステージヒータ24が埋め込まれており、ウエハWの周辺もウエハWとほぼ同じ温度に制御される。これに対し、本実施形態では、ステージヒータ24に加えて、ステージ21内に、ステージ21の外周部およびエッジリング23をウエハWよりも高い温度に加熱する外周ヒータが埋め込まれている。これにより、ステージ21の外周部およびエッジリング23への有機膜の付着量を低減することができ、ステージ21およびエッジリング23のクリーニング頻度を低減することができる。
図14は、第4の実施形態における成膜装置1の一例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図14において、図1と同じ符号が付された構成は、図1を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。ステージ21の外周部には、外周ヒータ27が埋め込まれている。
図15は、第4の実施形態におけるステージ21の温度分布の一例を示す図である。例えば図15に示されるように、ウエハWが載置されるステージ21の外側の領域である外周部およびエッジリング23は、外周ヒータ27によって、ウエハWよりも高い温度に加熱される。
図16は、85℃で成膜された有機膜の膜厚を基準とした膜厚の比率の一例を示す図である。図16では、85℃に制御されたウエハWに形成される有機膜の膜厚を基準として、各温度においてウエハWに形成される有機膜の膜厚の比率が示されている。図16に例示されるように、ウエハWの温度が85℃よりも高くなるほど、ウエハWに形成される有機膜の膜厚は、85℃に制御されたウエハWに形成される有機膜の膜厚よりも小さくなる。例えば図16に示されるように、90℃に制御されたウエハWに形成される有機膜の膜厚は、85℃に制御されたウエハWに形成される有機膜の膜厚の約0.3倍である。
図17は、有機膜の膜厚の比率に対するクリーニング頻度の一例を示す図である。図17では、ウエハWに成膜される有機膜の膜厚を基準としたステージ21の外周部およびエッジリング23に付着する有機膜の膜厚の比率と、クリーニングが必要になるウエハWの処理枚数との関係が示されている。図17では、1枚のウエハWに50nmの厚さの有機膜が成膜されると仮定し、ステージ21の外周部およびエッジリング23に付着した有機膜の厚さが100μmに達した場合に、クリーニングが必要になるものと仮定した。
ステージ21に外周ヒータ27が設けられていない場合、ステージ21の外周部およびエッジリング23は、ウエハWとほぼ同じ温度に制御される。そのため、ウエハWに成膜される有機膜の膜厚を基準としたステージ21の外周部およびエッジリング23に付着する有機膜の膜厚の比率は1となる。この場合、例えば図17に示されるように、200枚のウエハWに有機膜が成膜されると、ステージ21の外周部およびエッジリング23に付着した有機膜の厚さが100μmに達する。
一方、ステージ21に外周ヒータ27が設けられた本実施形態の成膜装置1では、ステージ21の外周部およびエッジリング23は、ウエハWよりも高い温度に加熱される。ステージ21の外周部およびエッジリング23が、ウエハWよりも例えば5℃高い温度に加熱されると、図16に例示したように、ステージ21の外周部およびエッジリング23に付着する有機膜の膜厚が、ウエハWに成膜される有機膜の膜厚の約0.3倍となる。この場合、例えば図17に示されるように、600枚以上のウエハWに有機膜が成膜された後に、ステージ21の外周部およびエッジリング23に付着した有機膜の厚さが100μmに達する。
このように、ステージ21の外周部およびエッジリング23が、ウエハWよりも例えば5℃高い温度に加熱されると、クリーニングまでに処理可能なウエハWの枚数を3倍に増加させることができる。即ち、クリーニング頻度を1/3に抑制することができる。これにより、クリーニングによってウエハWへの有機膜の成膜処理が停止する回数を少なくすることができ、生産性を向上させることができる。
なお、ステージ21の外周部およびエッジリング23が外周ヒータ27によって加熱されることにより、ウエハWのエッジ付近の温度が、ウエハWの中央付近の温度よりも若干高くなる。しかし、その場合には、ウエハWの中央付近よりもエッジ付近において混合ガスの濃度が高まるように、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが調整される。これにより、ウエハWに形成される有機膜の膜厚の均一性を高く維持することができる。
以上、第4の実施形態について説明した。本実施形態において、成膜装置1は、ステージ21の外周部に設けられ、ウエハWが載置される領域の外側を、ウエハWよりも高い温度に加熱する外周ヒータ27を備える。これにより、クリーニングによってウエハWへの有機膜の成膜処理が停止する回数を少なくすることができ、生産性を向上させることができる。
(第5の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、配管34内に第1のモノマーと第2のモノマーとが供給され、配管34内で第1のモノマーと第2のモノマーとが混合された。配管34は、100℃以上の温度(例えば200℃)に加熱されているが、配管34内は、拡散室42内および処理容器11内よりも圧力が高い。重合反応は、圧力が高いほど進みやすいため、配管34内では、混合ガスにより重合体が生成され、配管34の内壁にデポとなって付着する場合がある。
配管34の側壁に付着したデポは、やがて側壁から剥がれてパーティクルとなって処理容器11内を漂い、ウエハWに付着する場合がある。また、配管34の側壁に付着したデポが剥がれずに成長すると、配管34がデポにより閉塞してしまう場合もある。そのため、配管34内にある程度の量のデポが付着した場合には、配管34を交換することになる。これにより、ウエハWへの有機膜の成膜処理が停止し、生産性が低下する。
そこで、本実施形態では、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとを別々の配管を介して拡散室42内に供給する。これにより、配管の内壁に付着するデポを低減することができ、成膜処理における生産性を向上させることができる。
図18は、第5の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図18において、図1と同じ符号が付された構成は、図1を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
拡散室42には、配管34aおよび配管34bが接続されている。配管34aには、バルブ33aを介して、MFC32a、気化器31a、および原料供給源30aが接続されており、原料供給源30aから供給された第1のモノマーのガスが流通する。配管34bには、バルブ33bを介して、MFC32b、気化器31b、および原料供給源30bが接続されており、原料供給源30bから供給された第2のモノマーのガスが流通する。配管34aを介して供給された第1のモノマーのガスと、配管34bを介して供給された第2のモノマーのガスとは、拡散室42内で混合され、吐出口41から処理容器11内に供給される。なお、プラズマ発生器39から供給される活性種等は、配管34a、配管34b、またはその両方を介して拡散室42内に供給される。
このような構成により、配管34aおよび配管34b内において、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとの混合が抑制される。これにより、配管34aおよび配管34b内へのデポの付着が抑制され、配管34aおよび配管34bの交換頻度が低減される。従って、成膜処理における生産性を向上させることができる。
(第6の実施形態)
第5の実施形態の成膜装置1では、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが別々の配管を介して拡散室42内に供給され、拡散室42内で混合された。天板40は、天板ヒータ400によって、100℃以上の温度(例えば120℃)に加熱されるが、それでも、拡散室42内において、混合ガスにより重合体が生成される場合がある。
そこで、本実施形態では、例えば図19に示されるように、天板40に、拡散室42よりもコンダクタンスが大きい吐出口41aが設けられる。図19は、第6の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。これにより、拡散室42内に供給された第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとは、拡散室42内で十分に混合されないうちに吐出口41aを介して処理容器11内に吐出される。
また、本実施形態では、例えば図19に示されるように、処理空間SPのコンダクタンスが、外部空間SEのコンダクタンスよりも小さくなるように、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが制御される。これにより、天板40の吐出口から供給されたガスは外部空間SE内で滞留する。そして、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとは、外部空間SE内で滞留する過程で十分に混合される。これにより、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが拡散室42内で混合されることが抑制され、拡散室42内に付着するデポを抑制することができる。
(第7の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、天板40の上に天板ヒータ400が配置され、天板40内には、拡散室42が設けられるため、天板40内にガスの層が介在する。これにより、天板ヒータ400の熱が天板40の下面に伝わりにくい。そこで、本実施形態では、天板ヒータ400の周囲に天板ヒータ400を囲むようにリング状のガス供給管を設け、天板ヒータ400と天板との間にガスの層を配置しないような構成とした。これにより、天板ヒータ400の熱が天板の下面に伝わりやすくなり、天板ヒータ400の消費電力を削減することができる。
図20は、第7の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。図21は、第7の実施形態におけるガス供給管45の一例を示すA−A断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図20において、図1と同じ符号が付された構成は、図1を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
環状の排気ダクト13の上方には、ガス供給管45が設けられている。ガス供給管45は、排気ダクト13の上に配置された絶縁体14によって支持されている。ガス供給管45の内周には、アルミニウム等の金属で形成された天板44が設けられている。天板44の上には、天板ヒータ400が配置されている。絶縁体14、ガス供給管45、および天板44によって処理容器11の天井部が構成されている。
ガス供給管45内には、ガスを拡散するための拡散室450が形成されている。ガス供給管45の上面には拡散室450に連通する配管34が接続されており、ガス供給管45の下面には、拡散室450に連通する複数の吐出口451が形成されている。配管34から拡散室450内に供給されたガスは、環状の拡散室450内を拡散し、吐出口451から処理容器11内の空間に供給される。これにより、天板ヒータ400の熱が天板44の下面に伝わりやすくなり、天板ヒータ400の消費電力を削減することができる。
(第8の実施形態)
第7の実施形態の成膜装置1では、配管34内に第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが供給されるため、配管34内で第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが混合され、配管34内にデポが付着する場合がある。これに対し、本実施形態では、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとを別々の配管を介して拡散室450内に供給する。これにより、配管の内壁に付着するデポを低減することができ、成膜処理における生産性を向上させることができる。
図22は、第8の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図22において、図20と同じ符号が付された構成は、図20を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
ガス供給管45の拡散室450には、配管34aおよび配管34bが接続されている。配管34aには、バルブ33aを介して、MFC32a、気化器31a、および原料供給源30aが接続されており、原料供給源30aから供給された第1のモノマーのガスが流通する。配管34bには、バルブ33bを介して、MFC32b、気化器31b、および原料供給源30bが接続されており、原料供給源30bから供給された第2のモノマーのガスが流通する。配管34aを介して供給された第1のモノマーのガスと、配管34bを介して供給された第2のモノマーのガスとは、拡散室450内で混合され、吐出口451から処理容器11内に供給される。これにより、配管34aおよび配管34bの内壁に付着するデポを低減することができ、成膜処理における生産性を向上させることができる。
(第9の実施形態)
第8の実施形態の成膜装置1では、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが別々の配管を介して拡散室450内に供給され、拡散室450内で混合された。これに対し、本実施形態では、拡散室450が2つの空間に仕切られ、一方の空間に第1のモノマーのガスが供給され、他方の空間に第2のモノマーのガスが供給される。また、処理空間SPのコンダクタンスが、外部空間SEのコンダクタンスよりも小さくなるように、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが制御される。これにより、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスは、拡散室450内では混合されることなく吐出口451から処理容器11内に供給される。そして、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスは、外部空間SE内で滞留する過程で混合される。これにより、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが拡散室450内で混合されることが抑制され、拡散室450内に付着するデポを抑制することができる。
図23は、第9の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。図24は、第9の実施形態におけるリング部材の一例を示すA−A断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図23において、図22と同じ符号が付された構成は、図22を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
例えば図24に示されるように、拡散室450は、仕切部材452によって拡散室450aおよび拡散室450bに仕切られている。拡散室450aには、配管34aが接続されており、配管34aを介して第1のモノマーのガスが供給される。拡散室450a内に供給された第1のモノマーのガスは、吐出口451を介して処理容器11内に供給される。拡散室450bには、配管34bが接続されており、配管34bを介して第2のモノマーのガスが供給される。拡散室450b内に供給された第1のモノマーのガスは、吐出口451を介して処理容器11内に供給される。
また、例えば図23に示されるように、処理空間SPのコンダクタンスが、外部空間SEのコンダクタンスよりも小さくなるように、天板40とステージ21上のウエハWとの間のギャップが制御される。これにより、吐出口451から供給されたガスは外部空間SE内で滞留する過程で十分に混合される。これにより、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとが拡散室450aおよび拡散室450b内で混合されることが抑制され、拡散室450aおよび拡散室450b内に付着するデポを抑制することができる。
(第10の実施形態)
第9の実施形態の成膜装置1では、外部空間SEがウエハWの周方向に沿って2つの空間に分けられ、一方の空間に第1のモノマーのガスが供給され、他方の空間に第2のモノマーのガスが供給される。これに対し、本実施形態では、上下に2段の環状の拡散空間を有するガス供給管が用いられ、ウエハWの周方向に沿って外部空間SEに第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスがそれぞれ供給される。これにより、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとを外部空間SE内で効率よく混合させることができる。
図25は、第10の実施形態における成膜装置1の一例を示す部分断面図である。図26は、第10の実施形態におけるガス供給管47の一例を示す縦断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図25において、図23と同じ符号が付された構成は、図23を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
環状の排気ダクト13の上方には、ガス供給管47が設けられている。ガス供給管47は、排気ダクト13の上に配置された絶縁体14によって支持されている。ガス供給管47の内周には、アルミニウム等の金属で形成された天板44が設けられている。天板44の上には、天板ヒータ400が配置されている。絶縁体14、ガス供給管47、および天板44によって処理容器11の天井部が構成されている。
例えば図25および図26に示されるように、ガス供給管47内には、ガスを拡散するための拡散室470aおよび拡散室470bが形成されている。ガス供給管47の上面には拡散室470aに連通する配管34aが接続されている。ガス供給管47の下面には、複数の吐出口471aが形成されており、それぞれの吐出口471aは、内部配管472aを介して拡散室470aに連通している。また、ガス供給管47の上面には拡散室470bに連通する配管34bが接続されている。配管34bは、内部配管472bを介して拡散室470bに連通している。ガス供給管47の下面には、複数の吐出口471bが形成されており、それぞれの吐出口471bは、拡散室470bに連通している。
このような構成により、ウエハWの周方向に沿って、第1のモノマーのガスが供給される吐出口471aと、第2のモノマーのガスが供給される吐出口471bとが交互に配置される。これにより、第1のモノマーのガスと第2のモノマーのガスとを外部空間SE内で効率よく混合させることができる。
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した各実施形態では、重合体の一例として尿素結合を有する重合体が用いられたが、重合体としては、尿素結合以外の結合を有する重合体が用いられてもよい。尿素結合以外の結合を有する重合体としては、例えば、ウレタン結合を有するポリウレタン等が挙げられる。ポリウレタンは、例えば、アルコール基を有するモノマーとイソシアネート基を有するモノマーとを共重合させることにより合成することができる。
また、上記した各実施形態では、天板ヒータ400によって加熱された天板40や天板44からの輻射熱が、ウエハWを加熱する熱源の一つとなっている。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、天板40や天板44を、光を透過する石英等の材料により構成し、天板ヒータ400に代えて発光ダイオード(LED)等の発光素子を多数有する加熱源を天板40や天板44の上に配置してもよい。これにより、天板40や天板44を介して加熱源から照射された赤外線により、ウエハWを加熱することができる。
また、加熱源として、発光ダイオード(LED)等の発光素子を用いる場合、例えば図12のように、ステージ21上に載置されたウエハWの中心軸Xを中心とする同心円状の領域410a〜410dのそれぞれに、同心円状に配置されてもよい。そして、発光素子からウエハWに照射される赤外線の強度は、領域410a〜410dのそれぞれに配置された複数の発光素子毎に独立に制御されてもよい。
また、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
W ウエハ
1 成膜装置
10 装置本体
11 処理容器
12 下部容器
121 側壁ヒータ
13 排気ダクト
130 排気口
20 支持構造体
21 ステージ
22 支持部
23 エッジリング
24 ステージヒータ
27 外周ヒータ
30 原料供給源
31 気化器
32 MFC
33 バルブ
34 配管
35 ガス供給源
36 MFC
37 バルブ
38 配管
380 吐出口
39 プラズマ発生器
300 ガス供給部
40 天板
41 吐出口
42 拡散室
400 天板ヒータ
410 領域
411 部分ヒータ
44 天板
45 ガス供給管
450 拡散室
451 吐出口
47 ガス供給管
470 拡散室
471 吐出口
63 昇降機構
100 制御装置

Claims (7)

  1. 蒸着重合により基板に重合体の有機膜を成膜する成膜装置において、
    前記基板が収容される処理容器と、
    前記処理容器内に、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを供給するガス供給部と、
    前記第1のモノマーのガスおよび前記第2のモノマーのガスを含む混合ガスの前記基板上における濃度が予め定められた分布となるように前記処理容器内におけるガスの流れを制御する濃度分布制御部と、
    前記混合ガスの濃度が高い領域に対応する前記基板の領域の温度が、前記混合ガスの濃度が低い領域に対応する前記基板の領域の温度よりも高くなるように、前記基板の温度分布を制御する温度分布制御部と
    を備える成膜装置。
  2. 前記濃度分布制御部は、
    前記基板の周縁に沿って配置され、前記第1のモノマーのガスおよび前記第2のモノマーのガスを、前記処理容器内において前記基板の領域の外側に供給する複数の第1の供給口と、
    前記処理容器内に設けられたステージ上に載置された前記基板と前記処理容器の天板との間の距離を制御する昇降機構と
    を有し、
    前記昇降機構により、前記基板の領域の外側の空間のコンダクタンスに対する前記天板と前記ステージ上の前記基板との間のコンダクタンスを制御することで、前記基板上における前記混合ガスの濃度が予め定められた分布となるように前記処理容器内における前記混合ガスの流れを制御する請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記温度分布制御部は、
    前記天板に設けられた天板ヒータと、
    前記処理容器の側壁に設けられた側壁ヒータと
    を有し、
    前記側壁ヒータによって加熱された前記側壁からの輻射熱と、前記天板ヒータによって加熱された前記天板からの輻射熱との比を制御することにより、前記混合ガスの濃度が高い領域に対応する前記基板の領域の温度が、前記混合ガスの濃度が低い領域に対応する前記基板の領域の温度よりも高くなるように、前記基板の温度分布を制御する請求項2に記載の成膜装置。
  4. 前記基板は、略円板状であり、
    前記天板ヒータは、前記ステージに載置された前記基板の中心軸を中心とする円の径方向に分割された複数の部分ヒータを有し、
    前記温度分布制御部は、それぞれの前記部分ヒータの温度をそれぞれ独立に制御することにより、前記混合ガスの濃度が高い領域に対応する前記基板の領域の温度が、前記混合ガスの濃度が低い領域に対応する前記基板の領域の温度よりも高くなるように、前記基板の温度分布を制御する請求項3に記載の成膜装置。
  5. 前記基板は、略円板状であり、
    前記天板には、前記ステージに載置された前記基板の中心軸上に設けられ、前記基板に向かって不活性ガスを供給する第2の供給口が設けられている請求項2から4のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記ステージの外周部に設けられ、前記基板が載置される領域の外側を、前記基板よりも高い温度に加熱する外周ヒータを備える請求項2から5のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 蒸着重合により基板に重合体の有機膜を成膜する成膜方法において、
    前記基板が収容される処理容器内に、第1のモノマーのガスおよび第2のモノマーのガスを供給する工程と、
    前記第1のモノマーのガスおよび前記第2のモノマーのガスを含む混合ガスの前記基板上における濃度が予め定められた分布となるように前記処理容器内におけるガスの流れを制御する工程と、
    前記混合ガスの濃度が高い領域に対応する前記基板の領域の温度が、前記混合ガスの濃度が低い領域に対応する前記基板の領域の温度よりも高くなるように、前記基板の温度分布を制御する工程と
    を含む成膜方法。
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