(57)【要約】【課題】縦型の反応容器内にて棚状に保持された複数の基板に対して成膜処理を行うにあたり、基板の中心部の膜厚と周縁部の膜厚とを各々制御することができる技術を提供すること。【解決手段】反応容器１１内における基板Ｗの保持領域の後方に設けられた、前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出部４１と、基板Ｗの保持領域の前方に設けられた、成膜ガスを排気する排気口１５と、基板保持具２１を縦軸の周りに回転させるための回転機構３４と、成膜ガス吐出部４１から吐出される成膜ガスの温度よりも反応容器１１内を低い温度に加熱する加熱部２４と、を備える装置を構成する。成膜ガス吐出部４１において、第１の吐出口４３は吐出された成膜ガスが反応容器１１内のガス降温用部材に衝突して降温されるように、第２の吐出口４２は吐出された成膜ガスがガス降温用部材に衝突しないように、夫々異なる向きで開口する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜装置において、
前記反応容器内における前記基板の保持領域の後方に設けられた、前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出部と、
前記基板の保持領域の前方に設けられた、前記成膜ガスを排気する排気口と、
前記基板保持具を縦軸の周りに回転させるための回転機構と、
前記成膜ガス吐出部から吐出される前記成膜ガスの温度よりも前記反応容器内を低い温度に加熱する加熱部と、
吐出された前記成膜ガスが前記基板に供給される前に前記反応容器内におけるガス降温用部材に衝突して降温されるように、前記成膜ガス吐出部において当該ガス降温用部材に向けて横方向に開口した第１のガス吐出口と、
吐出された前記成膜ガスが前記基板に供給される前に前記ガス降温用部材に衝突しないように、前記成膜ガス吐出部において前記第１のガス吐出口とは異なる向きで前方に向けて開口した第２のガス吐出口と、
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ガス降温用部材は前記反応容器の側壁であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記保持領域における前記基板の後端と前記反応容器の側壁との距離は、当該保持領域における基板の前端と当該反応容器の側壁との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記反応容器の後方の側壁には、外方に向けて膨らむ凸部が縦方向に沿って設けられ、当該凸部内における前記成膜ガスの拡散領域に前記成膜ガス吐出部が設けられることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１のガス吐出口は、後方に向けて開口す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。
【請求項６】
前記第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口は、各々上下方向に複数設けられ、互いに開口率が異なるように形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項７】
前記反応容器の外部で成膜原料を気化させて第１の成膜ガスを生成するための気化部と、
前記第１の成膜ガスを前記気化部から前記成膜ガス吐出部に導入する導入路と、
が設けられ、
当該第１の成膜ガスを前記成膜ガス吐出部から吐出するときにおける前記気化部から前記成膜ガス吐出部に至るまでの前記第１の成膜ガスの流路の温度は、前記反応容器内の温度よりも高い温度とされることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項８】
前記成膜ガス吐出部は第１のモノマーを含む前記第１の成膜ガスと、第２のモノマーを含む第２の成膜ガスとを、前記第１のガス吐出口、前記第２のガス吐出口から各々吐出し、
前記第１のモノマー及び第２のモノマーは前記基板の表面で重合して高分子膜を形成するための成膜原料であることを特徴とする請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜方法において、
前記反応容器内における前記基板の保持領域の後方に設けられた成膜ガス吐出部から前記成膜ガスを吐出する工程と、
前記基板の保持領域の前方に設けられた排気口から前記成膜ガスを排気する工程と、
回転機構により前記基板保持具を縦軸の周りに回転させる工程と、
加熱部により、前記成膜ガス吐出部から吐出される前記成膜ガスの温度よりも前記反応容器内を低い温度に加熱する工程と、
前記成膜ガス吐出部において前記反応容器内のガス降温用部材に向けて横方向に開口した第１のガス吐出口から前記成膜ガスを、前記基板に供給される前にガス降温用部材に衝突させて降温されるように吐出する工程と、
前記成膜ガス吐出部において前記第１のガス吐出口とは異なる向きで前方に向けて開口した第２のガス吐出口から前記成膜ガスを、前記基板に供給される前に前記ガス降温用部材に衝突しないように吐出する工程と、
を備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板を加熱した状態で成膜ガスを供給して成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項９記載の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型の反応容器内にて棚状に保持された複数の基板に対して成膜処理を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して真空雰囲気で成膜処理が行われる。この処理を行う成膜装置としては、多数のウエハを棚状に保持した基板保持具が搬入されて内部が加熱される縦型の反応容器を備え、ウエハの一端側に配置されたガスインジェクタから回転するウエハに向けて成膜ガスを供給すると共に、ウエハの他端側に配置された排気口から排気を行うように構成される場合が有る。特許文献１には、そのような構成の成膜装置について記載されている。特許文献２では、上記のガスインジェクタについて、ウエハに向けて互いに異なる２つの方向にガスが吐出されるように構成することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９６６６１８号公報
【特許文献２】特開平６−７７４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の成膜装置を用いて蒸着重合法（ＶＤＰ：Vapor Deposition Polymalyzation）により高分子膜をウエハに成膜を行うことが検討されている。このＶＤＰは、成膜原料となる複数の種類のモノマーを気化させて真空雰囲気中の基板に供給し、当該基板の表面で各モノマーを重合反応させて成膜する手法である。このＶＤＰを行うにあたり、モノマーを気化させる気化部から上記のガスインジェクタに至るまでのガス流路においてはモノマーの凝縮及び凝固を防ぐことができる温度とする一方で、後に発明の実施の形態の項目で詳しく述べるように、反応容器内の温度、即ちウエハの温度については、モノマーの吸着効率を高くして高い成膜効率を得るために、上記のガス流路の温度よりも低くすることが検討されている。しかし、このように各部の温度が設定されると、後に詳述するようにウエハの面内各部に供給されるガスの温度に差が生じることに起因して、当該ウエハの中心部と周縁部との間で膜厚に差が生じてしまうことが、本発明者により確認された。
【０００５】
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、縦型の反応容器内にて棚状に保持された複数の基板に対して成膜処理を行うにあたり、基板の中心部の膜厚と周縁部の膜厚とを各々制御することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の成膜装置は、真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜装置において、
前記反応容器内における前記基板の保持領域の後方に設けられた、前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出部と、
前記基板の保持領域の前方に設けられた、前記成膜ガスを排気する排気口と、
前記基板保持具を縦軸の周りに回転させるための回転機構と、
前記成膜ガス吐出部から吐出される前記成膜ガスの温度よりも前記反応容器内を低い温度に加熱する加熱部と、
吐出された前記成膜ガスが前記基板に供給される前に前記反応容器内におけるガス降温用部材に衝突して降温されるように、前記成膜ガス吐出部において当該ガス降温用部材に向けて横方向に開口した第１のガス吐出口と、
吐出された前記成膜ガスが前記基板に供給される前に前記ガス降温用部材に衝突しないように、前記成膜ガス吐出部において前記第１のガス吐出口とは異なる向きで前方に向けて開口した第２のガス吐出口と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の成膜方法は、真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜方法において、
前記反応容器内における前記基板の保持領域の後方に設けられた成膜ガス吐出部から前記成膜ガスを吐出する工程と、
前記基板の保持領域の前方に設けられた排気口から前記成膜ガスを排気する工程と、
回転機構により前記基板保持具を縦軸の周りに回転させる工程と、
加熱部により、前記成膜ガス吐出部から吐出される前記成膜ガスの温度よりも前記反応容器内を低い温度に加熱する工程と、
前記成膜ガス吐出部において前記反応容器内のガス降温用部材に向けて横方向に開口した第１のガス吐出口から前記成膜ガスを、前記基板に供給される前にガス降温用部材に衝突させて降温されるように吐出する工程と、
前記成膜ガス吐出部において前記第１のガス吐出口とは異なる向きで前方に向けて開口した第２のガス吐出口から前記成膜ガスを、前記基板に供給される前に前記ガス降温用部材に衝突しないように吐出する工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の記憶媒体は、真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板を加熱した状態で成膜ガスを供給して成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、本発明の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板保持具に保持されて回転するように基板が収納された反応容器内にて、基板の保持領域の後方側、前方側に成膜ガス吐出部及び排気口が夫々設けられ、この成膜ガス吐出部には、基板に供給される前の成膜ガスがガス降温用部材に衝突するように横方向に開口した第１のガス吐出口と、基板に供給される前の成膜ガスがガス降温用部材に衝突しないように、第１のガス吐出口とは異なる向きで前方に向けて開口した第２のガス吐出口とが設けられる。このような構成により、基板の中心部と、周縁部とで成膜ガスの吸着量を各々制御し、所望の膜厚を得ることができる。結果として、基板の中心部の膜厚と、基板の周縁部の膜厚とを揃えて、基板の表面全体で均一性高い膜厚を有するように成膜を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置の横断平面図である。
【図３】前記成膜装置に設けられるガスインジェクタの斜視図である。
【図４】成膜装置とウエハの状態を示す概略図である。
【図５】成膜装置の各部の温度を示す概略図である。
【図６】前記成膜装置におけるガスの流れを示すための反応容器の横断面図である。
【図７】前記成膜装置におけるガスの流れを示すための反応容器の横断面図である。
【図８】前記成膜装置において、各ガス吐出口から成膜ガスを吐出した場合におけるガスの流れを示すための反応容器の横断面図である。
【図９】ガスインジェクタの他の例を示す斜視図である。
【図１０】前記成膜装置における他の反応容器の構成例を示す横断面図である。
【図１１】前記成膜装置における他の反応容器の構成例を示す横断面図である。
【図１２】ガスインジェクタの他の配置例を示すための反応容器の横断面図である。
【図１３】ガスインジェクタの他の構成例を示すための反応容器の横断面図である。
【図１４】ガスインジェクタ及び低温部材の構成例を示すための反応容器の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態である成膜装置１について、縦断側面図である図１及び横断平面図である図２を参照しながら説明する。この成膜装置１は、２種類のモノマーを含む成膜ガスをウエハＷに供給し、発明が解決しようとする課題の項目で述べたＶＤＰを行うことで、高分子膜であるポリイミド膜を成膜する。成膜装置１は、多数のウエハＷを保持するための基板保持具であるウエハボート２１を内部に収納し、一括で各ウエハＷに成膜処理を行うための反応容器１１を備えている。
【００１２】
図中２２はウエハボート２１を構成する垂直な３本（図１では２本のみ表示している）の支柱である。図中２３は各支柱２２から突出するウエハＷの載置部である。載置部２３は上下方向に多段に設けられており、各載置部２３に水平に載置されることで、多数枚の各ウエハＷは、横方向の位置が互いに揃うように棚状に保持される。従って、各載置部２３上が基板の保持領域をなす。図１に示すように、反応容器１１の外側には、内壁面に加熱部であるヒーター２４が配置された加熱炉本体２５が設けられている。図１中２６は、反応容器１１及び加熱炉本体２５を下方側から支持するための支持部である。
【００１３】
反応容器１１は、外管１２と、当該外管１２の内部に収納された内管１３とからなる二重管構造となっている。外管１２及び内管１３は各々有天井で縦型に形成されており、横断面視、円形に構成されている。内管１３内は成膜処理が行われる成膜室として構成され、内管１３の側壁の一部は外方へ向けて膨らみ、縦方向（上下方向）に沿った凸部１４を形成している。この凸部１４内の空間は、後述する後方ガス吐出口４３から吐出されるガスが拡散する拡散領域２０をなす。
【００１４】
拡散領域２０には、内管１３の長さ方向に沿って伸びるように形成された、垂直な棒状のガス吐出部であるガスインジェクタ４１が設けられている。また、内管１３の側壁には当該内管１３の長さ方向に伸びるスリット状の排気口１５が縦方向に間隔を空けて複数形成されており、ガスインジェクタ４１と排気口１５とは、ウエハボート２１を挟んで互いに対向している。後述のガスインジェクタ４１に設けられる前方ガス吐出口４２、４３からの成膜ガスの吐出に並行して排気口１５からの排気が行われ、内管１３内をガスインジェクタ４１側から排気口１５側へと向かう気流が形成された状態で成膜が行われる。以降の説明ではガスインジェクタ４１が設けられる方向を後方、排気口１５が設けられる方向を前方とする。上記の拡散領域２０が設けられることにより、ウエハＷの前端から内管１３の側面までの距離Ｌ１よりもウエハＷの後端から内管１３の側面までの距離Ｌ２の方が大きい（図２参照）。
【００１５】
図１中１６は、外管１２及び内管１３を各々下方側から支持すると共に、外管１２の下端面と内管１３の下端面との間のリング状の領域を気密に塞ぐための概略円筒形状のフランジ部である。フランジ部１６の後方側の側壁には、外管１２と内管１３との間の通気領域１７に開口するように、排気管１８の上流端が接続されている。ただし、図１では図示の煩雑化を防ぐために、排気管１８の上流端は、フランジ部１６の前方側の側壁に接続されるように示している。排気管１８の下流端はバタフライバルブなどの図示しない圧力調整部を介して真空ポンプ１９に接続されており、通気領域１７を介して排気口１５から排気を行い、反応容器１１内を所望の圧力の真空雰囲気とすることができる。
【００１６】
図１中３１は、フランジ部１６の下端に設けられる開口部３２を塞ぐことで反応容器１１内を気密に保つ蓋体である。図中３３は蓋体３１上に設けられるウエハボート２１の支持部である。図中３４は支持部３３を回転させる回転機構であり、ウエハＷの周方向における膜厚を揃えるために、成膜処理中において支持部３３を介して、縦軸（鉛直軸）であるウエハＷの中心軸周りにウエハボート２１を回転させる。なお、この実施形態では、ウエハＷの径方向における膜厚分布も揃え、ウエハＷの面内全体で膜厚の均一性を高くすることを目的とする。図中３５は、蓋体３１と支持部３３との間に介在する断熱部材である。蓋体３１は図示しない昇降機構により昇降し、ウエハボート２１を内管１３に対して搬入出すると共に開口部３２を開閉する
【００１７】
続いてガスインジェクタ４１について図３の斜視図も参照して、更に詳しく説明する。ガスインジェクタ４１の内部にはその長さ方向に沿ったガス流路が形成されており、ガスインジェクタ４１の側壁には、このガス流路に接続される多数のガス吐出口（第２のガス吐出口）４２、多数のガス吐出口（第１のガス吐出口）４３が、夫々前方、後方に向かって水平方向に開口している。ガス吐出口４２を前方ガス吐出口４２と呼ぶことにすると、前方ガス吐出口４２は、ウエハボート２１に搭載される各ウエハＷの表面に当該ウエハＷの直径に沿ってガスを供給することができるように、各ウエハＷの高さに対応する位置に形成されており、互いに間隔を空けて上下方向に列をなすように穿孔されている。また、図２に示すように平面で見て、前方ガス吐出口４２の開口方向には、上記の排気口１５が位置している。
【００１８】
ガス吐出口４３を後方ガス吐出口４３と呼ぶことにすると、後方ガス吐出口４３についても上下方向に列をなすように穿孔されている。
この例では一つおきの前方ガス吐出口４２と同じ高さに後方ガス吐出口４３が位置しており、後方ガス吐出口４３の数は、前方ガス吐出口４２の数の１／２である。また、第１の開口方向と前方ガス吐出口４２との開口方向とのなす角は１８０°であり、前方ガス吐出口４２の口径と、後方ガス吐出口４３の口径とは互いに等しい。従って、ガスインジェクタ４１において、前方側の開口率と後方側の開口率とが互いに異なっている。つまり、ガスインジェクタ４１を前方から見たときの各前方ガス吐出口４２の面積の合計と、ガスインジェクタ４１を後方から見たときの各後方ガス吐出口４３の面積の合計とが互いに異なっている。
【００１９】
図１に示すように、ガスインジェクタ４１において前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３が形成される領域よりも下方側には、ガス導入管４４、４５の一端が接続されており、ガス導入管４４、４５から各々供給されたガスが、ガスインジェクタ４１内で混合されて、前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３から吐出されるように当該ガスインジェクタ４１が構成されている。ガス導入管４４、４５の他端側は、フランジ部１６の側壁を貫通し、当該フランジ部１６の外側へと引き出されている。
【００２０】
ガス導入管４４の他端はバルブＶ１を介して気化部５１に接続されている。気化部５１内においては、ポリイミドの成膜原料のモノマーであるＰＭＤＡ（Ｃ１０Ｈ２Ｏ６：無水ピロメリト酸）が例えば固体の状態で貯留されており、気化部５１はこのＰＭＤＡ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５１にはガス供給管５２Ａの一端が接続されており、ガス供給管５２Ａの他端はバルブＶ２、ガス加熱部５３をこの順に介してＮ２（窒素）ガス供給源５４に接続されている。このような構成により、加熱されたＮ２ガスが気化部５１に供給されて当該気化部５１内のＰＭＤＡを気化させ、当該気化に用いられたＮ２ガスとＰＭＤＡガスとの混合ガスを成膜ガスとして、ガス導入管４４を介してガスインジェクタ４１に導入することができる。
【００２１】
また、ガス加熱部５３の下流側でガス供給管５２Ａは分岐してガス供給管５２Ｂを形成し、このガス供給管５２Ｂの他端は、バルブＶ３を介してガス導入管４４のバルブＶ１の下流側に接続されている。このような構成によって、上記のＰＭＤＡを含む成膜ガスをガスインジェクタ４１に供給しないときには、ガス加熱部５３で加熱されたＮ２ガスを、気化部５１を迂回させてガスインジェクタ４１に導入することができる。
【００２２】
ガス導入管４５の他端はバルブＶ４を介して気化部５５に接続されている。気化部５５内においては、ポリイミドの成膜原料のモノマーであるヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）が例えば固体の状態で貯留されており、気化部５５はこのＨＭＤＡ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５５にはガス供給管５６Ａの一端が接続されており、ガス供給管５６Ａの他端はバルブＶ５、ガス加熱部５７を介してＮ２ガス供給源５８に接続されている。このような構成により、加熱されたＮ２ガスが気化部５５に供給されて当該気化部５５内のＨＭＤＡを気化させ、当該気化に用いられたＮ２ガスとＨＭＤＡガスとの混合ガスを成膜ガスとして、ガス導入管４５を介してガスインジェクタ４１に導入することができる。
【００２３】
また、ガス加熱部５７の下流側でガス供給管５６Ａは分岐してガス供給管５６Ｂを形成し、このガス供給管５６Ｂの他端は、バルブＶ６を介してガス導入管４５のバルブＶ４の下流側に接続されている。このような構成によって、上記のＨＭＤＡを含む成膜ガスをガスインジェクタ４１に供給しないときには、ガス加熱部５７で加熱されたＮ２ガスを、気化部５５を迂回させてガスインジェクタ４１に導入することができる。
【００２４】
以降、モノマーを含まないＮ２ガスについては単にＮ２ガスと記載して、モノマーを含むＮ２ガスである成膜ガスと区別する。ガス導入管４４、４５には、流通中の成膜ガス中のＰＭＤＡ、ＨＭＤＡの凝縮及び凝固を防ぐために、例えば管内を加熱するためのヒーターが管の周囲に設けられる。また、内管１３内においてガスインジェクタ４１の左右には、縦方向に沿って伸びる棒状のノズル用ヒーター３６が各々設けられ、当該ノズル用ヒーター３６によりガスインジェクタ４１内が加熱されて、当該ガスインジェクタ４１内におけるＰＭＤＡ、ＨＭＤＡの凝縮及び凝固を防ぐことができる。なお、図１では図示の煩雑化を防ぐために、ノズル用ヒーター３６を前方側にずらして表示している。図中３７はノズル用ヒーター３６へ給電する給電部である。
【００２５】
この成膜装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられている。制御部１０には、図示しないプログラムが格納されている。このプログラムについては、制御部１０から上記した成膜装置１の各部に制御信号を出力し、各部における動作をコントロールして後述の成膜処理が行われるように、ステップ群が組まれている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納された状態で制御部１０にインストールされて動作する。
【００２６】
続いて、上記のようにガスインジェクタ４１に、前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３を形成している理由について説明する。図４は成膜処理時における反応容器１１内及び気化部５１、５５内を示す模式図であり、反応容器１１内においては上記のＶＤＰにより成膜処理が行われる様子を示している。気化部５１、５４において夫々気化され、成膜ガスとして反応容器１１内に供給されたＰＭＤＡのモノマー（６１として表示している）、ＨＭＤＡのモノマー（６２として表示している）は、各々ウエハＷ表面に対して吸着、脱離を繰り返す。
【００２７】
このモノマー６１、６２のうち一方のモノマーがウエハＷに吸着された際に、既にウエハＷに吸着された他方のモノマーと重合反応することでウエハＷから脱離し難い構造（ポリマー）となり、ポリイミド膜として成長する。このように各モノマー６１、６２のウエハＷへの吸着、重合を促進して成膜効率を高めるためには、反応容器１１内において、モノマー６１、６２を各々含む成膜ガスの分圧を比較的高くすること、即ち各成膜ガスの供給量を比較的多くすること、及びウエハＷの温度を比較的低くすることが有効である。
【００２８】
上記のウエハＷの温度を低くするためには、反応容器１１内の温度を低くすることになる。しかし、気化部５１、５５からガスインジェクタ４１に至るまでのガス流路は、モノマー６１、６２が凝縮、凝固しない温度に加熱されることが必要である。図５は、上記のウエハＷへのモノマー６１、６２の吸着が促進され、且つ上記のガス流路におけるモノマー６１、６２の凝縮、凝固を防ぐことができる各部の温度の一例を示した成膜装置１の概略図である。反応容器１１内の温度は１５０℃であり、ガスインジェクタ４１内の温度は２５０℃であり、ガス導入管４４内の温度は２８０℃であり、ガス導入管４５内の温度は１６０℃〜２６０℃であり、気化部５１内の温度は２５０℃であり、気化部５５内の温度は１３５℃である。また、ガス加熱部５３はＮ２ガスを２６０℃に加熱する。このように気化部５１内からガスインジェクタ４１内に至るまでのＰＭＤＡを含む成膜ガスのガス流路の温度、及び気化部５５内からガスインジェクタ４１内に至るまでのＨＭＤＡを含む成膜ガスのガス流路の温度が、反応容器１１内の温度よりも高くなるように制御される。
【００２９】
この図５のように各部の温度が制御された状態で、ガスインジェクタ４１に後方ガス吐出口４３が設けられておらず、前方ガス吐出口４２のみからの成膜ガスの吐出と、排気口１５からの排気と、ウエハＷの回転とが行われて成膜処理がなされるものとする。図６はこの成膜処理時に形成される気流を鎖線の矢印で示している。前方ガス吐出口４２はウエハＷに向けて開口しているため、前方側へ多く量の成膜ガスが吐出され、ウエハＷ間に入り込む。
【００３０】
そして、ウエハＷ間に進入した成膜ガスは、ウエハＷの表面に吸熱されながら当該ウエハＷの直径に沿って前方の排気口１５へと向かうことで徐々にその温度が低下し、含まれるモノマーのウエハＷへの吸着効率が高くなる。従って、ウエハＷの中心部から直径に沿った前端の周縁部に至る領域では、比較的多くの量のモノマーが吸着する。しかし、ガスインジェクタ４１からウエハＷの後端部側（ガスインジェクタ４１側）に至るまでの距離が比較的短いので、高温で吐出された成膜ガスは、十分に冷却される前にウエハＷの後端部に届くことになるので、ウエハＷの後端の周縁部では成膜ガスに含まれるモノマーの吸着効率が低い。このような各部へのモノマーの吸着に並行して図中に実線の矢印で示すようにウエハＷが回転する結果、ウエハＷの周縁部における膜厚よりもウエハＷの中心部における膜厚が大きくなる。
【００３１】
続いて、上記の図５のように各部の温度が制御された状態で、ガスインジェクタ４１に前方ガス吐出口４２が設けられておらず、後方ガス吐出口４３のみからの成膜ガスの吐出と、排気口１５からの排気と、ウエハＷの回転とが行われて成膜処理がなされる場合を説明する。図７はこの成膜処理時に形成される気流を点線の矢印で示している。後方ガス吐出口４３は内管１３の後方側の側壁に向けて開口しているため、吐出された各成膜ガスは当該成膜ガスよりも低温のガス降温用部材である当該側壁に衝突し、この側壁に沿って流れた後にウエハＷの周縁部に供給される。このような内管１３の側壁への衝突及び当該側壁に沿って流通することにより、成膜ガスは当該側壁に吸熱されて冷却された状態でウエハＷの周縁部に供給される結果、当該周縁部では比較的多くの量のモノマーが吸着される。ガスインジェクタ４１の近傍におけるウエハＷの後端の周縁部であっても、そのように成膜ガスが冷却されていることで比較的多くのモノマーが吸着される。
【００３２】
しかし、後方ガス吐出口４３は後方へ向いているため、ガスインジェクタ４１とウエハＷの後端部との間に供給される成膜ガスの量は比較的少ないので、当該成膜ガスは流路が狭いウエハＷ間には入り込みにくい。従って、ウエハＷの中心部におけるモノマーの吸着効率は、周縁部におけるモノマーの吸着効率に比べて低い。このような各部へのモノマーの吸着に並行して図中に実線の矢印で示すようにウエハＷが回転する結果、ウエハＷの中心部における膜厚よりもウエハＷの周縁部における膜厚が大きくなる。
【００３３】
このように前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３は、ウエハＷに各々異なる膜厚分布を形成するように作用する。そこで、図１〜図３で説明した成膜装置１では、ガスインジェクタ４１に前方ガス吐出口４２、後方ガス吐出口４３から共に成膜ガスを吐出して成膜処理を行うことで、ウエハＷの中心部と周縁部との間の膜厚の差を相殺し、ウエハＷの周縁部と中心部との間で均一性高い膜厚を持つポリイミド膜を形成する。
【００３４】
続いて、成膜装置１による成膜処理について順を追って説明する。図５で説明した温度になるように成膜装置１の各部が加熱され、反応容器１１内に多数枚のウエハＷが搭載されたウエハボート２１が搬入されると共に、蓋体３１により反応容器１１内が気密に閉じられる。続いて反応容器１１内が排気され、所定の圧力の真空雰囲気とされる一方で、ウエハボート２１が回転する。ガス導入管４４、４５からＮ２ガスがガスインジェクタ４１に供給され、反応容器１１内に吐出される。その後、ガス導入管４４を介してガスインジェクタ４１に供給されるガスが、Ｎ２ガスからＰＭＤＡを含む成膜ガスに切り替わり、当該成膜ガスが前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３から内管１３内に吐出される。図８は、前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスを鎖線の矢印で、後方ガス吐出口４３から吐出された成膜ガスを点線の矢印で夫々示している。
【００３５】
前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスは、図６で説明したようにウエハＷ間に比較的多くの量が進入し、ウエハＷ間を前方側へ向けて流れる間に当該ウエハＷによって吸熱されて温度が低下することで、当該成膜ガスに含まれるＰＭＤＡのモノマーはウエハＷの中心部から前端の周縁部に至る領域に比較的多く吸着する。後方ガス吐出口４３から吐出された成膜ガスは拡散領域２０に吐出され、図７で述べたように内管１３の後方側の側壁に衝突し、内管１３の側壁に吸熱されながら当該側壁に沿って前方側へと流れることで、当該成膜ガスに含まれるＰＭＤＡのモノマーは、ウエハＷの周縁部に比較的多く吸着する。ウエハＷの回転中、このようにウエハＷの中心部、周縁部でＰＭＤＡのモノマーの吸着が各々起こることによって、ウエハＷ全体に均一性高くＰＭＤＡのモノマーが吸着する。なお、内管１３内を前方側へと流れて排気口１５へと流入した成膜ガスは、通気領域１７を介して排気管１８へ流れて除去される。
【００３６】
その後、ガス導入管４４からガスインジェクタ４１に供給されるガスが、ＰＭＤＡを含む成膜ガスからＮ２ガスに切り替わる。つまり、ガス導入管４４、４５からガスインジェクタ４１へＮ２ガスが供給される状態となり、このＮ２ガスがガスインジェクタ４１からパージガスとして吐出され、反応容器１１内に残留する成膜ガスがパージされる。その後、ガス導入管４５からガスインジェクタ４１に供給されるガスが、Ｎ２ガスからＨＭＤＡを含む成膜ガスに切り替わり、当該成膜ガスが、ＰＭＤＡを含む成膜ガスと同様、図８で示すように前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３から内管１３内に吐出されて排気される。
【００３７】
つまり、前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスが、ウエハＷ間を当該ウエハＷの直径に沿って流れるうちに冷却されて、ウエハＷの中心部から後端部にいたる領域へ当該成膜ガスに含まれるモノマーが比較的多く吸着される一方、前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスは、内管１３の後方側の側壁に衝突すると共に当該側壁に沿って流れるうちに冷却されて、当該成膜ガスに含まれるモノマーがウエハＷの周縁部に比較的多く吸着する。ウエハＷの回転中、このようにウエハＷの中心部、周縁部でＨＭＤＡのモノマーの吸着が各々起こり、ウエハＷ全体に均一性高くＨＭＤＡのモノマーが吸着して、ＰＭＤＡのモノマーと重合反応し、ポリイミド膜が形成される。
【００３８】
然る後、ガス導入管４４からガスインジェクタ４１に供給されるガスが、ＨＭＤＡを含む成膜ガスからＮ２ガスに切り替わる。つまり、ガス導入管４４、４５からガスインジェクタ４１へＮ２ガスが供給される状態となり、このＮ２ガスがガスインジェクタ４１からパージガスとして吐出され、反応容器１１内に残留する成膜ガスがパージされる。以降、既述したＰＭＤＡを含む成膜ガスの供給、Ｎ２ガスによる反応容器１１内のパージ、ＨＭＤＡを含む成膜ガスの供給、Ｎ２ガスによる反応容器１１内のパージからなるサイクルが所定の回数繰り返し行われて、重合反応が進行し、ポリイミド膜の膜厚が上昇する。所定の回数のサイクルが終了し、所望の膜厚を有するようにポリイミド膜が成長すると、ウエハボート２１の回転が停止し、蓋体３１が下降して反応容器１１が開放されると共に反応容器１１外へウエハボート２１が搬出されて、成膜処理が終了する。
【００３９】
上記の成膜装置１によれば、反応容器１１内にて縦軸周りに回転するようにウエハボート２１に保持されるウエハＷに対して、当該ウエハＷの温度よりも高い温度の成膜ガスを供給してポリイミド膜を成膜するにあたり、内管１３の後方側に設けられたガスインジェクタ４１から成膜ガスを吐出すると共に、内管１３の前方側に開口した排気口１５から排気を行う。そして、ガスインジェクタ４１の後方ガス吐出口４３は、吐出された成膜ガスがウエハＷに供給される前に内管１３の側壁に衝突して冷却されるように後方に向けて横方向に開口し、ガスインジェクタ４１の前方ガス吐出口４２は、吐出された成膜ガスがウエハＷに供給される前に内管１３の側壁に衝突しないように前方に向けて横方向に開口している。このような構成により、ウエハＷの中心部、周縁部における成膜ガスのモノマーの吸着量を各々制御することができるので、ウエハＷの表面全体で当該膜厚の均一性を高くすることができる。
【００４０】
ところで、上記の成膜装置１については、ウエハＷの中心部の膜厚と周縁部との膜厚を揃えるように構成されたものとして説明してきたが、この中心部の膜厚と周縁部との膜厚が互いに異なるように成膜が行われるものであってもよい。言い換えると、ウエハＷの面内において同程度の膜厚を有する領域が同心円状に分布するように成膜が行われてもよい。つまりは、上記の成膜装置１はウエハＷにおける中心部の膜厚、周縁部の膜厚を各々制御して、所望の膜厚を得るための装置である。
【００４１】
そして、前方ガス吐出口４２と後方ガス吐出口４３との数や大きさは、中心部の膜厚、周縁部の膜厚を各々所望の膜厚とするために、適宜設定することができる。より具体的に述べると、後方ガス吐出口４３の数／前方ガス吐出口４２の数＝１／２とすることには限られないし、前方ガス吐出口４２の口径と後方ガス吐出口４３との口径とが互いに異なっていてもよい。図９は、ガスインジェクタ４１の代わりに内管１３内に設けることができるガスインジェクタ４０を示している。このガスインジェクタ４０におけるガスインジェクタ４１との差異点としては、互いに同じ数の前方ガス吐出口４２と後方ガス吐出口４３とが形成されていることであり、前方ガス吐出口４２と後方ガス吐出口４３とが互いに同じ高さに開口している。なお、前方ガス吐出口４２の高さと後方ガス吐出口４３の高さとは異なっていてもよい。
【００４２】
また、図１０の横断面図に示すように内管１３は、凸部１４によって形成される拡散領域２０を備えず、ウエハＷに近接するようにガスインジェクタ４１が配置されるようにしてもよい。ただし、拡散領域２０を設けて当該拡散領域２０にガスインジェクタ４１を配置することで、前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスがウエハＷに到達するまでに流通する距離が比較的長くなるため、当該成膜ガスは上下方向に拡散して各ウエハＷに均一性高く供給され、且つウエハＷに至るまでに十分に冷却されてウエハＷにおけるモノマーの吸着効率を高くすることができるので、有利である。
【００４３】
そのように前方ガス吐出口４２から吐出された成膜ガスがウエハＷに至るまでに流通する距離を長くするためには、凸部１４を形成することに限られない。図１１では、横断面図で見て、内管１３の後端側が後方へ引き延ばされて前後方向を長軸とする楕円の一部をなすように構成され、ウエハＷの前端と内管１３との距離Ｌ１＜ウエハＷの後端と内管１３との距離Ｌ２とされており、ウエハＷよりも内管１３の側壁に近い位置にガスインジェクタ４１が配置されている。
【００４４】
上記の例ではガスインジェクタ４１に異なる成膜ガスを交互に供給して成膜を行っているが、図１２の横断面図に示すようにガスインジェクタ４１を２本設け、一方のガスインジェクタ４１から一の成膜ガスを、他方のガスインジェクタ４１から他の成膜ガスを並行して供給して、ウエハＷにＶＤＰを行うようにしてもよい。この図１２に示す例では、各ガスインジェクタ４１は、拡散領域２０の左右において互いに離れ、前方ガス吐出口４２がウエハＷの中心部に向かうように配置されている。図中の矢印は、この前方ガス吐出口４２の開口方向を示している。また、この例ではノズル用ヒーター３６が、各ガスインジェクタ４１の左右に設けられている。
【００４５】
また、ポリイミド膜を形成するにあたり、成膜ガスとしては上記のモノマーを含むことには限られない。例えばＰＭＤＡの代わりに１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物（ＣＢＤＡ）や、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物（ＣＰＤＡ）を含んでいてもよいし、ＨＭＤＡの代わりにＯＤＡ（Ｃ１２Ｈ１２Ｎ２Ｏ：４，４’―ジアミノジフェニルエーテル）や４，４´−ジアミノジシクロヘキシルメタン（Ｈ１２ＭＤＡ）などを含んでいてもよい。また、成膜装置１はポリイミド膜を成膜することには限られず、例えばポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ尿素、ポリウレタン、ポリアゾメチンなどの高分子膜を成膜する場合にも用いることができる。
【００４６】
ところで、ガス吐出口の開口方向としては上記の例に限られない。図１３では後方ガス吐出口４３の代わりに、左右方向に各々開口したガス吐出口６３を備えたガスインジェクタ６４を示している。ガス吐出口６３から吐出された成膜ガスは、図中に点線の矢印で示すように凸部１４の左右の側壁に衝突して冷却された後、ガス吐出口４３から吐出された成膜ガスと同様、内管１３の側壁に沿って前方側へ流れてさらに冷却されて排気口１５へ向かい、成膜ガス中のモノマーがウエハＷの周縁部に吸着される。なお、ガスインジェクタ６４は、このように左右に成膜ガスを吐出できることを除いて、ガスインジェクタ４１と同様の構成である。
【００４７】
また、図１４に示す例では、ガスインジェクタ６４のガス吐出口６３は左右の前方に向けて開口している。そして、このガス吐出口６３の開口方向にはウエハＷの端部よりも後方側の位置に、蓋体３１から上方へ向かって伸びる棒状部材６５が設けられている。内管１３内に設けられることにより、この棒状部材６５も内管１３の側面と同様、ガスインジェクタ４１から吐出される成膜ガスよりも温度が低い。従って、図中に点線の矢印で示すように、ガス吐出口４３から吐出された成膜ガスは棒状部材６５に衝突する。それによって、当該成膜ガスは冷却され、その後、排気口１５からの排気によって内管１３の側壁に沿って前方へ向かって流れてウエハＷの周縁部に供給され、成膜ガス中のモノマーが吸着される。このように成膜ガスが衝突されることで当該成膜ガスの温度を低下させる降温用部材としては、内管１３の側壁であることには限られないし、降温用部材に向かうガス吐出口の開口方向としても後方には限られない。
【００４８】
さらに、成膜ガスとしてはウエハＷの後方側から前方側に向けて流れればよいため、排気口１５としては、図１に示すようにガスインジェクタ４１における前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３が形成される形成領域と同じ高さに設けられることに限られず、当該形成領域よりも下方に開口していてもよいし、当該形成領域よりも上方に開口していてもよい。なお、本発明は、既述した実施形態に限られるものでは無く、各実施例は適宜変更したり、組み合わせたりすることができる。
【００４９】
［評価試験］
本発明に関連して行われた評価試験について、以下に説明する。
評価試験１
後方ガス吐出口４３が設けられていないことを除いては、上記の図１、図２で示した成膜装置１と同様の構成の成膜装置を用いて、発明の実施形態で説明した手順に沿ってウエハＷに成膜処理を行った。つまり図６で示すガスインジェクタ４１を用いて、上記の手順で成膜処理を行った。ただし、成膜ガスの吐出中、ウエハＷの回転は行わなかった。これを評価試験１−１とする。一方、成膜ガスの吐出中にウエハＷの回転を行ったことを除いては評価試験１−１における成膜処理と同様の処理条件による成膜処理を行った。これを評価試験１−２とする。これら評価試験１−１、１−２において、成膜処理後のウエハＷの面内における膜厚分布を調べた。
【００５０】
評価試験１−１のウエハＷについては、中心部と前端部の膜厚が、他の領域の膜厚に比べて大きかった。評価試験１−２のウエハＷについては、中心部の膜厚が、周縁部の膜厚よりも大きかった。このような結果になったのは、図６で説明したようにウエハＷの面内各部で、供給される成膜ガスの温度が異なることに起因して、モノマーの吸着量に差が生じたためである。
【００５１】
評価試験２
前方ガス吐出口４２が設けられていないことを除いては、上記の図１、図２で示した成膜装置１と同様の構成の成膜装置を用いて、発明の実施形態で説明した手順に沿ってウエハＷに成膜処理を行った。つまり図７で示すガスインジェクタ４１を用いて、上記の手順で成膜処理を行った。ただし、成膜ガスの吐出中、ウエハＷの回転は行わなかった。これを評価試験２−１とする。一方、成膜ガスの吐出中にウエハＷの回転を行ったことを除いては評価試験２−１における成膜処理と同様の処理条件による成膜処理を行った。これを評価試験２−２とする。これら評価試験２−１、２−２において、成膜処理後のウエハＷの面内における膜厚分布を調べた。
【００５２】
評価試験２−１、２−２のウエハＷについては、周縁部の膜厚が、中心部の膜厚よりも大きかった。これは、図７で説明したようにウエハＷの面内各部で、供給される成膜ガスの温度が異なることに起因して、モノマーの吸着量に差が生じたためである。
【００５３】
評価試験３
上記の図１、図２で示した成膜装置１を用いて、発明の実施形態で説明した手順に沿ってウエハＷに成膜処理を行った。ただし、ガスインジェクタとしては図９で説明したガスインジェクタ４０及び図３でガスインジェクタ４１のうちの１つを選択して使用した。ガスインジェクタ４０を使用して成膜処理を行った試験を評価試験３−１、ガスインジェクタ４１を使用して成膜処理を行った試験を評価試験３−２とする。評価試験３−１、３−２について、成膜処理後のウエハＷの面内における膜厚分布を調べた。
【００５４】
評価試験３−１では、ウエハＷの周縁部の膜厚がウエハＷの中心部の膜厚よりも大きかった。評価試験３−２では、ウエハＷの中心部の膜厚がウエハＷの周縁部の膜厚よりも大きかった。従って、この評価試験３から、前方ガス吐出口４２の数と後方ガス吐出口４３の数との比率を調整することで、ウエハＷの中心部の膜厚とウエハＷの周縁部の膜厚との比率を変更することができることが確認された
【００５５】
評価試験４
評価試験３の結果に基づいて、シミュレーションによりウエハＷの面内の膜厚の均一性が高くなるように前方ガス吐出口４２の数と、後方ガス吐出口４３の数とを調整し、ウエハＷに成膜処理を行ったときの膜厚分布を取得した。その結果、ウエハＷの面内における膜厚の最大値と最小値との差は１．２ｎｍであった。評価試験１−１において膜厚の最大値と最小値との差は２．０ｎｍであるため、この評価試験４の方が膜厚の最大値と最小値との差が小さい。従って、この評価試験４からは、前方ガス吐出口４２及び後方ガス吐出口４３を形成することでウエハＷの面内における膜厚の均一性を高くすることができることが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
Ｗ              ウエハ
１              成膜装置
１０            制御部
１１            反応容器
１３            内管
１５            排気口
２１            ウエハボート
２４            ヒーター
３４            回転機構
４１            ガスインジェクタ
４２            前方ガス吐出口
４３            後方ガス吐出口
５１、５５      気化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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