JP6881273B2

JP6881273B2 - 成膜装置

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Publication number: JP6881273B2
Application number: JP2017237938A
Authority: JP
Inventors: 藤川　誠; 藤川　　誠; 礼二新納; 山口　達也; 達也山口; 秀二野沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019104963A

Description

本発明は、処理容器内に成膜ガスを供給して基板に重合体を成膜する技術に関する。

半導体装置の製造工程においては装置の配線を形成するために、半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）などの基板に対して処理ガスを供給することで、成膜処理が行われる。特許文献１には第１のモノマーを含む第１の処理ガスと、第２のモノマーを含む第２の処理ガスとを基板に供給し、ウエハ表面でモノマーを重合させることで、ポリイミド膜を成膜する装置について示されている。

特許第５９６６６１８号公報

ところで、ウエハの表面の所定の被保護領域がエッチングされることを防ぐための重合体である保護膜を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって成膜することが検討されている。上記の保護膜の形成用の成膜ガスについては、処理容器内に供給されるまでは固化あるいは液化してガス流路を形成する壁面に付着しないように、比較的高い温度に保たれると共に圧力損失が抑制される流路を介して処理容器内に供給され、処理容器内に供給された後はウエハへの成膜が可能なように降温されることが求められる。そのような制約のために成膜ガスの供給は、一般に、比較的狭い流路を備えるシャワーヘッドによっては行えないおそれが有る。その一方で、被保護領域が確実に保護されるように、ウエハの面内が均一性高く保護膜によって被覆されるように、成膜ガスを処理容器内に供給することが求められる。

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板に成膜ガスを供給して重合体からなる膜を成膜するにあたり、基板の面内に均一性高い膜厚で、且つ確実性高く膜を形成することができる技術を提供することである。

本発明の成膜装置は、真空雰囲気が形成される処理容器と、
前記処理容器内に設けられた基板を載置する載置部と、
互いに重合して前記基板の表面に重合体を成膜するための第１の成膜ガスと第２の成膜ガスとを前記処理容器内に吐出する成膜ガス供給部と、
前記成膜ガス供給部から吐出される第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度を、前記載置部に載置される基板の温度よりも高くするための温度調整部と、
前記成膜ガス供給部から吐出される前記第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが、基板に供給される前に衝突するように設けられた被衝突部材と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、処理容器内の載置部に載置される基板の温度よりも高い温度に加熱された第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが基板に供給される前に衝突する被衝突部材が設けられる。それによって、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが基板に供給される前に十分に拡散すると共に基板上でこれらのガスが冷却されることで当該基板への吸着、重合が促進される。結果として、当該基板に均一性高い膜厚を有すると共に確実性高く重合体からなる膜を形成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置によって行われるガス供給のタイミングを示すチャート図である。ポリ尿素が形成される重合反応の説明図である。前記成膜装置が用いられる処理を受けるウエハの縦断側面図である。前記ウエハの縦断側面図である。前記ウエハの縦断側面図である。ガス供給の他のタイミングを示すチャート図である。前記成膜装置の変形例を示す縦断側面図である。第２の実施形態に係る成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置の変形例を示す縦断側面図である。前記成膜装置の変形例を示す縦断側面図である。前記基板処理装置における処理に用いられる化合物を示す説明図である。前記基板処理装置における処理に用いられる化合物を示す説明図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置１について、図１の縦断側面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は、処理容器１１内に成膜ガスを供給して、尿素結合を含む重合体（ポリ尿素）を成膜する。この重合体は、例えば後述するように、ウエハＷの特定の部位がエッチングされることを防ぐための保護膜をなす。

この例では上記の重合体である保護膜を形成するための第１のモノマーとして、ジアミンである１，３−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン（Ｈ６ＸＤＡ）を含む第１の成膜ガスと、当該保護膜を形成するための第２のモノマーとして、イソシアネートである１，３−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン（Ｈ６ＸＤＩ）を含む第２の成膜ガスとが供給される。これら第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが交互に繰り返しウエハＷに供給され、ウエハＷの表面で蒸着重合されることで当該保護膜が成膜される。なお、詳しくは後述するように、第１のモノマー、第２のモノマーとしては夫々Ｈ６ＸＤＡ、Ｈ６ＸＤＩには限られない。

上記の処理容器１１は、円形の気密な真空容器として構成されている。図中１２は処理容器１１の側壁に設けられる側壁ヒーターであり、図中１３は、処理容器１１の天井壁（天板）に設けられる天井ヒーターである。図中１４は処理容器１１の天井面であり、水平な平坦面として形成されており、天井ヒーター１３によりその温度が制御される。処理容器１１の下部側には、水平に形成された表面（上面）にウエハＷを載置する円形の載置台２１が設けられている。載置部である載置台２１にはステージヒーター２０が埋設されている。このステージヒーター２０は、載置台２１上のウエハＷに保護膜の形成が行えるように、当該ウエハＷを加熱する。ただし、比較的低い温度で成膜を行うことができる成膜ガスを用いる場合には、このステージヒーター２０による加熱を行わなくてもよい。つまり成膜ガスの種類によってはステージヒーター２０を用いなくてもよい。このステージヒーター２０は、後述の配管ヒーター６０と共に温度調整部をなす。

図中２２は、載置台２１を処理容器１１の底面に支持する支柱である。図中２３は垂直な昇降ピンであり、載置台２１の周方向に間隔を空けて設けられた貫通孔に各々挿通されている。なお、図１では３つ設けられる昇降ピン２３のうち２つのみ表示している。図中２４は昇降機構であり、この昇降機構２４により、昇降ピン２３が載置台２１の表面において突没し、図示しないウエハＷの搬送機構と載置台２１との間で、当該ウエハＷの受け渡しが行われる。

図中３１は処理容器１１の側壁に開口した排気口であり、排気管を介して真空ポンプ及びバルブなどにより構成される排気機構３２に接続されている。排気機構３２による排気口３１からの排気流量が調整されることにより、処理容器１１内の圧力が調整される。なお図示は省略しているが、処理容器１１の側壁においては、排気口３１が開口する位置とは異なる位置に、開閉自在なウエハＷの搬送口が形成されている。

また、処理容器１１の側壁には、上記の保護膜を形成するための成膜ガス（第１の成膜ガス及び第２の成膜ガス）を供給する成膜ガス供給部であるガスノズル４１が設けられている。このガスノズル４１は、上記の側壁において載置台２１の中心部から見て、上記の排気口３１の反対側に設けられている。そして、当該ガスノズル４１は処理容器１１の側壁から処理容器１１の中心側に向けて突出する棒状に形成され、当該ガスノズル４１の先端部は斜め上方に向けて屈曲されている。そして、ガスノズル４１の先端に開口する吐出口から、斜め上方に向けてガスが吐出される。

図１においては、鎖線の矢印で処理容器１１内における成膜ガスの流れを示している。上記のようにガスノズル４１が形成されているため、吐出される成膜ガスは、ウエハＷに供給されるより前に被衝突部材である処理容器１１の天井面１４に衝突する。つまり、成膜ガス供給部に設けられたガス吐出口から当該ガス吐出口の開口方向、即ちガスの吐出方向に向かって見たときに、ウエハＷではなく被衝突部材が位置している。なお、天井面１４においてガスが衝突する領域は、例えば載置台２１の中心よりもガスノズル４１の吐出口寄りの位置であり、平面で見たときにはウエハＷの端部付近である。

そのように処理容器１１の天井面１４に衝突した成膜ガスは跳ね返って下方のウエハＷに向かうように供給された後、排気口３１へ向かって流れて排気される。このように成膜ガスを天井面１４に衝突させてからウエハＷに供給されるようにすることで、ガスノズル４１からウエハＷに向けて成膜ガスが直接供給される場合に比べて、ガスノズル４１から吐出された成膜ガスがウエハＷに至るまでに移動する距離が長くなる。そのように移動距離が長くなることで、成膜ガスは横方向に十分に拡散してウエハＷに供給され、ウエハＷの面内に均一性高く供給される。

後述するようにガスノズル４１から吐出される成膜ガスの温度は、ガスノズル４１に供給されるまでの流路において液化することを防ぐために比較的高く、天井面１４における温度よりも高い。従って、天井面１４に衝突した成膜ガスは降温されて、ウエハＷに供給される。そのように降温されることで成膜ガスのウエハＷの吸着性が高くなり、効率良く成膜が進行する。つまり、天井面１４はガスの拡散部材としての役割の他に降温部材としての役割を有している。また、天井面１４の温度としては、当該天井面１４における成膜を抑制するためにウエハＷの温度よりも高い。

成膜ガス及び成膜装置１の各部についての温度の関係を、より具体的に説明する。上記のガスノズル４１に供給されるまでの流路における成膜ガスの液化を防止し、ウエハＷにおいては成膜ガスが吸着して成膜がなされるようにするために、ウエハＷの表面における成膜ガスの飽和蒸気圧に比べてガスノズル４１から吐出される際の成膜ガスの飽和蒸気圧を２桁以上高くすることが好ましく、そのためにガスノズル４１から吐出されるガスの温度は、ウエハＷの表面におけるガスの温度よりも好ましくは６０℃以上、より好ましくは８０℃以上高くすることが好ましい。そして、天井面１４における成膜量（膜厚）をウエハＷにおける成膜量に比べて２桁以上低減させる、つまり当該天井面１４に成膜されることを抑制するために、天井面１４における成膜ガスの温度ついてはウエハＷの表面におけるガスの温度よりも例えば２０℃以上高い温度とすることが好ましい。この処理例においては、ウエハＷの温度を８０℃、天井面１４の温度を１００℃に設定し、これらウエハＷの表面における成膜ガスの温度、天井面１４に衝突したガスの温度が夫々８０℃、１００℃となるようにする。そして、ガスノズル４１から吐出される成膜ガスの温度を１６０℃とする。

成膜装置１の構成の説明に戻る。図中５２はガス供給管であり、処理容器１１の外側からガスノズル４１に接続されている。ガス供給管５２の上流側は分岐し、ガス導入管５３、５４を形成している。ガス導入管５３の上流側は、流量調整部６１、バルブＶ１をこの順に介して気化部６２に接続されている。気化部６２内においては、上記のＨ６ＸＤＡが液体の状態で貯留されており、気化部６２はこのＨ６ＸＤＡを加熱する図示しないヒーターを備えている。また、気化部６２にはガス供給管６３Ａの一端が接続されており、ガス供給管６３Ａの他端はバルブＶ２、ガス加熱部６４をこの順に介してＮ_２（窒素）ガス供給源６５に接続されている。このような構成により、加熱されたＮ_２ガスが気化部６２に供給されて当該気化部６２内のＨ６ＸＤＡを気化させ、当該気化に用いられたＮ_２ガスとＨ６ＸＤＡガスとの混合ガスを第１の成膜ガスとして、ガスノズル４１に導入することができる。

また、ガス供給管６３Ａにおけるガス加熱部６４の下流側且つバルブＶ２の上流側は分岐してガス供給管６３Ｂを形成し、このガス供給管６３Ｂの下流端は、バルブＶ３を介してガス導入管５３のバルブＶ１の下流側且つ流量調整部６１の上流側に接続されている。このような構成によって、上記の第１の成膜ガスをガスノズル４１に供給しないときには、ガス加熱部６４で加熱されたＮ２ガスを、気化部６２を迂回させてガスノズル４１に導入することができる。流量調整部６１、気化部６２、ガス加熱部６４、Ｎ２ガス供給源６５、バルブＶ１〜Ｖ３、ガス供給管６３Ａ、６３Ｂ、ガス導入管５３における流量調整部６１の上流側の部位を、第１の成膜ガス供給機構５Ａとする。

またガス導入管５４の他端は、流量調整部７１、バルブＶ４をこの順に介して気化部７２に接続されている。気化部７２内においては、上記のＨ６ＸＤＩが液体の状態で貯留されており、気化部７２はこのＨ６ＸＤＩを加熱する図示しないヒーターを備えている。また、当該気化部６２にはガス供給管７３Ａの一端が接続されており、ガス供給管７３Ａの他端はバルブＶ５、ガス加熱部７４を介してＮ_２ガス供給源７５に接続されている。このような構成により、加熱されたＮ_２ガスが気化部７２に供給されて当該気化部７２内のＨ６ＸＤＩを気化させ、当該気化に用いられたＮ_２ガスとＨ６ＸＤＩガスとの混合ガスを第２の成膜ガスとして、ガスノズル４１に導入することができる。

また、ガス供給管７３Ａにおけるガス加熱部７４の下流側且つバルブＶ５の上流側は分岐してガス供給管７３Ｂを形成し、このガス供給管７３Ｂの下流端は、バルブＶ６を介してガス導入管５４のバルブＶ４の下流側且つ流量調整部７１の上流側に接続されている。このような構成によって、上記の第２の成膜ガスをガスノズル４１に供給しないときには、ガス加熱部７４で加熱されたＮ_２ガスを、気化部７２を迂回させてガスノズル４１に導入することができる。流量調整部７１、気化部７２、ガス加熱部７４、Ｎ２ガス供給源７５、バルブＶ４〜Ｖ６、ガス供給管７３Ａ、７３Ｂ、ガス導入管５４における流量調整部６１の上流側の部位を、第２の成膜ガス供給機構５Ｂとする。

ガス供給管５２及びガス導入管５３、５４には、流通中の成膜ガス中のＨ６ＸＤＡ及びＨ６ＸＤＩが液化することを防ぐために、例えば管内を加熱するための配管ヒーター６０が各々管の周囲に設けられる。この配管ヒーター６０によって、ガスノズル４１から吐出される成膜ガスの温度が調整される。なお、図示の便宜上、配管ヒーター６０は配管の一部のみに示しているが、液化を防ぐことができるように例えば配管全体に設けられている。また、ガスノズル４１から処理容器１１内に供給されるガスについて、以降は単にＮ２ガスと記載した場合には、上記のように気化部６２、７２を迂回して供給された単独のＮ２ガスを指すものとし、成膜ガスに含まれるＮ２ガスと区別する。

成膜装置１はコンピュータである制御部１０を備えており、この制御部１０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、後述するウエハＷに対する処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部１０にインストールされる。制御部１０は当該プログラムにより成膜装置１の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、排気機構３２による排気流量、流量調整部６１、７１による処理容器１１内へ供給する各ガスの流量、Ｎ２ガス供給源６５、７５からのＮ２ガスの供給、各ヒーターへの供給電力、昇降機構２４による昇降ピン２３の昇降などの各動作が制御信号により制御される。

続いて、上記の成膜装置１を用いてウエハＷに行われる処理について、各ガスが供給される期間を示すタイミングチャートである図２を参照しながら説明する。ウエハＷが、図示しない搬送機構により処理容器１１内に搬入され、昇降ピン２３を介して載置台２１に受け渡される。側壁ヒーター１２、天井ヒーター１３、ステージヒーター２０、配管ヒーター６０が各々所定の温度になるように昇温する。そのように各ヒーターの出力が調整される一方で、処理容器１１内が、所定の圧力の真空雰囲気となるように調整される。

そして、第１の成膜ガス供給機構５Ａからは第１の成膜ガスが、第２の成膜ガス供給機構５ＢからはＮ２ガスが、各々ガスノズル４１に供給され、これらのガスが混合されて１４０℃となった状態でガスノズル４１から吐出される（チャート中、時刻ｔ１）。当該混合ガスは、図１で説明したように天井面１４に衝突し、１００℃に冷却されると共に拡散されてウエハＷに供給される。混合ガスは、ウエハＷでさらに冷却されて８０℃となり、混合ガス中の第１の成膜ガスが当該ウエハＷに吸着される。

その後、第１の成膜ガス供給機構５Ａからは第１の成膜ガスの代わりにＮ２ガスが供給され、ガスノズル４１からはＮ２ガスのみが吐出される状態となる（時刻ｔ２）。このＮ２ガスがパージガスとなり、処理容器１１内でウエハＷに吸着されていない第１の成膜ガスがパージされる。

然る後、第２の成膜ガス供給機構５Ｂから、Ｈ６ＸＤＩを含む第２の成膜ガスがガスノズル４１に供給され、これらのガスが混合されて１４０℃となった状態でガスノズル４１から吐出される（時刻ｔ３）。この混合ガスについても時刻ｔ１〜ｔ２で処理容器１１内に供給される第１の成膜ガスを含む混合ガスと同様に、天井面１４に衝突して冷却されると共に拡散されてウエハＷに供給され、ウエハＷ表面でさらに冷却される。そして、混合ガス中に含まれる第２の成膜ガスがウエハＷに吸着される。そして、吸着された第２の成膜ガスは、既にウエハＷに吸着されている第１の成膜ガスと重合反応し、ウエハＷの表面にポリ尿素膜が形成される。図３は、この第１の成膜ガスと第２の成膜ガスとの反応によるポリ尿素の生成を示す反応式である。

その後、第２の成膜ガス供給機構５Ｂからは第２の成膜ガスの代わりにＮ２ガスが供給され、ガスノズル４１からはＮ２ガスのみが吐出される状態となる（時刻ｔ４）。このＮ２ガスがパージガスとなり、処理容器１１内でウエハＷに吸着されていない第２の成膜ガスがパージされる。既述した一連の処理である、ガスノズル４１から第１の成膜ガスを含む混合ガスの吐出、ガスノズル４１からＮ２ガスのみの吐出、ガスノズル４１から第２の成膜ガスを含む混合ガスの吐出、ガスノズル４１からＮ２ガスのみの吐出を１つのサイクルとすると、時刻ｔ４以降はこのサイクルが繰り返し行われ、ポリ尿素膜の膜厚が上昇する。そして、所定の回数のサイクルが実行されると、ガスノズル４１からのガスの吐出が停止する。

この成膜装置１によれば、載置台２１に載置されるウエハＷの温度よりも第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度が高くなるように各ヒーターの出力が調整される。そして、ガスノズル４１から吐出された第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスはウエハＷに供給される前に処理容器１１の天井面１４に衝突した後にウエハＷに供給される。従って、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスはウエハＷに至るまでに十分に拡散されて、ウエハＷの面内に均一性高くポリ尿素膜が成膜される。また、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスは、ウエハＷ表面で冷却されるので当該ウエハＷへの吸着が促進されて確実性高く成膜を行うことができる。

そして、天井面１４の温度がガスノズル４１から吐出される第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度よりも低いので、ガスノズル４１から吐出される第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度を、ウエハＷに至るまでに、より確実に十分に低下させることができる。従ってウエハＷに対して、より確実且つ効率良い成膜を行うことができ、スループットを高くすることができる。

成膜装置１と、エッチング装置とを用いて行われるプロセスの一例について説明する。図４（ａ）では、下層膜８１、層間絶縁膜８２、ハードマスク膜８３が下方から上方に向けてこの順で積層されて構成されたウエハＷの表面部を示しており、ハードマスク膜８３には開口部であるパターン８４が形成されている。パターン８４を介して当該層間絶縁膜８２をエッチングして配線の埋め込み用の凹部を形成するにあたり、凹部の側壁がダメージを受けないように上記のポリ尿素膜を保護膜として形成する。先ず、エッチング装置により、層間絶縁膜８２に凹部８５を形成した後（図４（ｂ））、上記の成膜装置１により、ウエハＷの表面にポリ尿素膜８６を形成する。つまり凹部８５の側壁及び底部が、ポリ尿素膜８６により被覆される（図４（ｃ））。その後、ウエハＷはエッチング装置に搬送されて、異方性エッチングにより凹部８５の深さが大きくなる。このエッチング時においては、凹部８５の側壁にポリ尿素膜８６が成膜されて保護された状態で、当該凹部８５の底部がエッチングされる（図５（ａ））。

その後、ウエハＷは成膜装置１に搬送されてその表面に新たにポリ尿素膜８６が成膜される（図５（ｃ））。その後、再びポリ尿素膜８６によって凹部８５の側壁が保護された状態で当該凹部８５の底部がエッチングされ、下層膜８１が露出するとエッチングが終了する。その後、ウエハＷは加熱され、ポリ尿素膜８６は解重合されて気化し、ウエハＷから除去される（図６）。

ところで、第１の成膜ガスの温度及び第２の成膜ガスの温度が比較的高いと、各部への吸着及び成膜が起こり難い。そこで、図７のタイミングチャートに示すように、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスを同時にガスノズル４１に供給し、当該ガスノズル４１から処理容器１１内に吐出するようにしてもよい。つまり、図２に示すＡＬＤによる成膜を行うことには限られず、この図７に示すようにＣＶＤによって成膜を行うようにしてもよい。

図８には、成膜装置１の変形例である成膜装置９を示している。成膜装置１との差異点を説明すると、成膜装置９においては、ガスノズル４１と同様に構成されたガスノズル９１、９２が処理容器１１の側壁に設けられている。つまり、ガスノズル９１、９２から吐出されたガスは処理容器１１の天井面１４に衝突する。図８では、図１と同様にガスノズルから吐出されたガスの流れを示している。

ガスノズル９１はガス導入管５３に、ガスノズル９２はガス導入管５４に接続されている。従ってガスノズル９１は、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスのうちの第１の成膜ガス吐出専用のガスノズルであり、ガスノズル９２は第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスのうちの第２の成膜ガス吐出専用のガスノズルである。このように構成することで、処理容器１１内に供給されるまでに第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが反応して流路内で成膜されることを、より確実に防ぐことができる。なお、図８では、ガスノズル９１、９２が処理容器１１の側壁の上側、下側に夫々設けられているが、このような配置には限られず、例えば同じ高さに配置してもよい。

（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態である成膜装置１００について、図９、図１０を参照しながら、成膜装置１との差異点を中心に説明する。この成膜装置１００は、処理容器１１の側壁にガスノズル４１の代わりにガスノズル１０１が設けられており、このガスノズル１０１は水平方向にガスを吐出するように構成されている。そして、処理容器１１の天井面１４から衝突板１０２が下方に突出するように、垂直に設けられている。衝突板１０２は、比較的伝熱性が高い材料により構成されており、処理容器１１の天井面１４を含む天板と同じ温度となるように構成されている。衝突板１０２の一方の主面はガスノズル１０１の吐出口に対向し、他方の主面は排気口３１に対向している。なお、図９は衝突板１０２の側面を、図１０は衝突板１０２の一方の主面を夫々示す成膜装置１００の縦断側面図である。図９に示すように処理容器１１内を横方向に見て、例えば衝突板１０２は、ウエハＷよりもガスノズル１０１寄りの位置に設けられている。

図９の鎖線の矢印は図１の鎖線の矢印と同じく、ガスノズルから吐出されるガスの流れを示している。上記のように衝突板１０２が設けられていることにより、ガスノズル４１から吐出されたガスは被衝突部材である衝突板１０２に衝突し、衝突板１０２の下方及び側方を通過してウエハＷの一端へ向かい、ウエハＷの面方向に沿ってウエハＷの他端へ向かい、排気口３１から排気される。

衝突板１０２の温度は、ガスノズル１０１から吐出されるガスの温度よりも低く、ウエハＷの温度より高い。そのため、ガスノズル１０１から吐出されて衝突板１０２に衝突したガスは降温される。従って、この成膜装置１００においては衝突板１０２が第１の実施形態の処理容器１１の天井面１４と同様に、拡散部材及び降温部材の役割を果たす。このように構成されるため、成膜装置１００においても成膜装置１と同様の効果を奏する。なお、衝突板１０２は上記のように比較的高い伝熱性を有し、且つ天井面１４に設けられていることで、成膜処理中に当該衝突板１０２の温度よりも高い温度のガスが衝突しても、そのガスから受ける熱は衝突板１０２から処理容器１１の天板へと伝導され、この天板から処理容器１１の外側の大気雰囲気に放熱される。従って、成膜処理中における衝突板１０２の温度上昇が抑制され、成膜処理中に衝突板１０２は降温部材として機能し続けることができる。

図１１、図１２の縦断側面図は、成膜装置１００の変形例である成膜装置１１０を示している。成膜装置１００との差異点を説明すると、この成膜装置１１０は、ガスノズル１０１の代わりにガスノズル１１１、１１２を備えている。図１１はこのガスノズル１１１、１１２を側方から見たときの成膜装置１１０の縦断側面図であり、図１２は、ガスノズル１１１、１１２からガスの吐出方向に見た成膜装置１１０の縦断側面図である。これらのガスノズル１１１、１１２には、ガスノズル９１、９２と同様にガス導入管５４、５５が夫々接続されている。従って、ガスノズル１１１はガスノズル９１と同様に第１の成膜ガスを吐出する専用のガスノズルであり、ガスノズル１１２はガスノズル９２と同様に第２の成膜ガスを吐出する専用のガスノズルである。これらガスノズル１１１、１１２は、ガスノズル１０１と同様に水平方向に向けてガスを吐出し、吐出されたガスは衝突板１０２の主面に衝突した後、ウエハＷに供給される。

ところで、第１のモノマー及び第２のモノマーを各々気化させ、蒸着重合させて重合体である保護膜を形成するにあたり、第１のモノマー、第２のモノマーとしては夫々上記のＨ６ＸＤＡ、Ｈ６ＸＤＩに限られないし、保護膜としてもポリ尿素であることには限られない。しかし、これらの第１のモノマー及び第２のモノマーとしては容易に気化させて処理容器１１内に導入することができるように蒸気圧が比較的高く、例えば２００℃で１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上であるのものを用いることが好ましい。また、ウエハＷ表面で確実に第１のモノマーと第２のモノマーとを反応させて保護膜を成膜するために、反応のための活性化エネルギー（反応エネルギー）が低い化合物を第１のモノマー及び第２のモノマーとすることが好ましい。つまり、比較的低い温度においても成膜が可能なモノマーの組み合わせとすることが好ましい。

アミンである第１のモノマーとイソシアネートである第２のモノマーとから上記のポリ尿素を保護膜として生成するための上記の活性化エネルギーは５〜１５ｋＪ／ｍｏｌである。また、アミンである第１のモノマーと、酸無水物である第２のモノマーとを反応させることで形成されるイミド結合を有する重合体（ポリイミド）を保護膜として形成する場合も、活性化エネルギーは５〜１５ｋＪ／ｍｏｌである。また、アルコールである第１のモノマーとイソシアネートである第２のモノマーとを反応させて得られるウレタン結合を有する重合体（ポリウレタン）を保護膜としてもよいし、アミンである第１のモノマーとカルボン酸である第２のモノマーとを反応させて得られるアミド結合を有する重合体（ポリアミド）を保護膜としてもよい。ただし、上記のようにポリウレタンを生成するための活性化エネルギーは５０〜６０ｋＪ／ｍｏｌ、ポリアミドを生成するための活性化エネルギーは８０〜１００ｋＪ／ｍｏｌであるため、ポリ尿素及びポリイミドを保護膜とすることが好ましい。特に、ポリ尿素を保護膜とする場合は、２００℃程度以上の比較的低い加熱温度で解重合させることができるため、ウエハＷからの除去が比較的容易であるため好ましい。

図１３では上記の保護膜として、ポリ尿素を形成するための第１のモノマーと、第２のモノマーとの組み合わせの一例を示しており、この図１３に示した例では第１のモノマーをジアミン、第２のモノマーをイソシアネートとしている。図中で横方向の位置が互いに同じで、上下方向に各々示した第１のモノマーと、第２のモノマーとが、互いに保護膜の成膜に使用されるものとする。また、これら互いに使用される第１のモノマーと第２のモノマーとの下方には、反応に必要な温度を記載している。従って、成膜装置１に設けられる各ヒーターは、第１のモノマーと第２のモノマーとを反応させるために、この図に示した温度以上の温度となるようにウエハＷを加熱する。

具体的に図１３に示した例を説明すると、1,12-ジアミノドデカン（ＤＡＤ）と4,4’-ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）とを用いて１４０℃で成膜することができる。ＤＡＤとＨ６ＸＤＩとを用いて１００℃で成膜することができる。既述したようにＨ６ＸＤＡとＨ６ＸＤＩとを用いて７０℃で成膜することができる。ヘキサメチレンジアミンとＨ６ＸＤＩとを用いて４０℃で成膜することができる。

図１４では、保護膜としてポリイミドを形成するための第１のモノマー及び第２のモノマーの組み合わせの一例と成膜温度とを図１３と同様に示す。この図１４に示した例では第１のモノマーはジアミン、第２のモノマーは酸無水物である。具体的に、図に示すように4,4'-oxydianiline（４４ＯＤＡ）と1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物（PMDA）とを用いて２００℃で成膜することができる。また、ＨＭＤＡとＰＭＤＡとを用いて１５０℃で成膜することができる。なお、この図１３、図１４の化合物の組み合わせは一例であり、記載されていない化合物の組み合わせを用いて保護膜を成膜してもよい。

ところで上記の各成膜装置において、ガスノズルについては、上記の構成例には限られず、例えば横方向に幅広の吐出口を備えるものを用いてもよい。またガスノズル４１、９１、９２について、天井面１４に向けて斜め方向にガスを吐出するように構成することには限られず、天井面１４に向けて垂直方向にガスを吐出するように構成してもよい。また、成膜装置１００、１１０において、天井面１４から突出する突起については上記のようにガスの拡散部材及び降温部材の役割を果たすものであればよく、上記の板として構成されることには限られず、棒状に形成されてもよい。また排気口３１については、上記のように処理容器１１の側壁に設けることには限られず、処理容器１１の底面に設けてもよい。ただし、ウエハＷの表面の一端側から他端側へと流れるように成膜ガスの気流を形成して、ウエハＷに均一性高く成膜を行うためには、既述のように処理容器１１の側壁に排気口３１を設けることが好ましい。

さらに、衝突板１０２は天井面１４に接しておらず、熱伝導性が比較的高い支持部材を介して処理容器１１の側壁に支持されるように設けてもよい。つまり、衝突板１０２の温度が当該側壁と同じ温度になるように構成し、衝突されたガスから受けた熱が処理容器１１の側壁に伝熱され、当該側壁から放熱されるようにしてもよい。基板についてはウエハＷであることには限られず、フラットパネルディスプレイ製造用のガラス基板などに処理を行うようにしてもよい。なお、本発明は、上記した実施形態に限られず、適宜変形したり組み合わせることができる。

Ｗウエハ
１成膜装置
１０制御部
１１処理容器
１４天井面
２１載置台
２０ステージヒーター
３１排気口
４１、９１、９２ガスノズル
６０配管ヒーター

Claims

真空雰囲気が形成される処理容器と、
前記処理容器内に設けられた基板を載置する載置部と、
互いに重合して前記基板の表面に重合体を成膜するための第１の成膜ガスと第２の成膜ガスとを前記処理容器内に吐出する成膜ガス供給部と、
前記成膜ガス供給部から吐出される第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度を、前記載置部に載置される基板の温度よりも高くするための温度調整部と、
前記成膜ガス供給部から吐出される前記第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスが、基板に供給される前に衝突するように設けられた被衝突部材と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記被衝突部材の温度は、前記成膜ガス供給部から吐出される前記第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスの温度よりも低く、且つ前記基板の温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記被衝突部材は前記処理容器の天井面であり、
前記成膜ガス供給部は前記処理容器の側壁に設けられ、当該処理容器の天井面へ向けてガスを吐出することを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
前記被衝突部材は前記処理容器の天井に設けられる突起であり、
前記成膜ガス供給部は前記処理容器の側壁に設けられ、当該突起へ向けてガスを吐出することを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
前記重合体は、尿素結合を含む重合体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。