JP7236953B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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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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