(57)【要約】【課題】高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料を安定な状態で対象物にポリマーの薄膜を形成する。【解決手段】成膜装置１は、成膜材料５を２００℃以下の温度で加熱して昇華させる加熱部７と、昇華させた成膜材料５をプラズマによって重合反応させる反応部８と、が設けられている。そして、反応部８で重合反応させた成膜材料５を基板３に射出して基板３の成膜面３１に薄膜を形成する。【選択図】図１
2008303450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成する成膜装置において、
成膜材料を２００℃以下の温度で加熱して昇華させる加熱部と、
昇華させた成膜材料をプラズマによって重合反応させる反応部と、が設けられ、
重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
成膜材料は、有機材料であり、
前記加熱部では、成膜材料を昇華させてダイマーガスとし、
前記反応部では、ダイマーガスを活性化させ、
活性化したダイマーガスを対象物に射出して対象物にポリマーの薄膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成する成膜方法において、
成膜材料を２００℃以下の温度で加熱して昇華させる加熱工程と、
昇華させた成膜材料をプラズマによって重合反応させる反応工程と、を有し、
重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜を対象物（例えば基板など）に形成するための成膜装置として、例えば、図３に示すようなものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
この図３に示す成膜装置は、試料１０７（対象物）への絶縁膜の形成に用いる減圧ＣＶＤ装置である。試料１０７への絶縁膜の形成に際して、まず、成膜材料として、ダイマー状態で存在するテトラフルオロ−［２，２］−パラシクロファンが、投入口１０１から蒸発室１０２に投入される。蒸発室１０２内では、原料がヒータにより加熱されて昇華し、ダイマーガスとなる。蒸発室１０２とこれに続く分解室１０３と試料室１０４とは、ターボ分子ポンプ１１０とロータリーポンプ１１１とにより真空度の差異が形成されているため、ダイマーガスは分解室１０３に導入され、ここでヒータによりさらに加熱されてモノマーガスとなり、このモノマーガスは試料室１０４に導入される。試料室１０４では、試料台１０６上に設置された試料１０７表面で重合反応が生じてポリマーが堆積し、絶縁膜が形成される。試料台１０６は、モータ１１２により回転可能となっており、また、冷却器１１３により温度制御が可能となっている。なお、試料１０７は、一般に半導体ウエハである。重合・堆積されなかったモノマーガスは、真空コンダクタンスバルブ１０８を経て冷却トラップ１０９内に導入される。冷却トラップ１０９は、冷却器１１４により冷却されており、ここでモノマーガスは固化し、回収される。
【０００４】
このような構成の減圧ＣＶＤ装置では、試料室１０４の分解室１０３との境界に設けられた排気調整用のシャッタ１０５の開度、真空コンダクタンスバルブ１０８の開度、試料台１０６の回転数およびその温度などの各種堆積条件を制御することにより、絶縁膜の物性や形成速度等が制御可能である。
【０００５】
また、蒸発室１０２での加熱温度の範囲は８０〜１８０℃（低温度）に設定され、分解室１０３での加熱温度の範囲は６００〜７５０℃（高温度）に設定され、試料台１０６の温度範囲は−６０〜６０℃に設定されている。
【特許文献１】特開２０００−３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、特許文献１に記載の成膜装置によれば、蒸発室１０２において成膜材料が加熱蒸発される。そして、分解室１０３での加熱温度の範囲は高温に設定され、高温によるダイマーガスの分解により活性な状態のモノマーが生成される。この時、モノマーの生成により塩素などの分解ガスが発生するので、ガス処理を行う必要がある。また、高温プロセスを行うので、活性な状態のモノマーは、不安定な状態となる。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料を安定な状態で対象物にポリマーの薄膜を形成する成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる成膜装置は、成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成する成膜装置において、成膜材料を２００℃以下の温度で加熱して昇華させる加熱部と、昇華させた成膜材料をプラズマによって重合反応させる反応部と、が設けられ、重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記加熱部と前記反応部とが設けられ、重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成するので、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料を安定な状態で対象物にポリマーの薄膜を形成することが可能となる。特に前記反応部によって成膜材料の内部エネルギーを高めることができるので、背景技術のように成膜材料を高温に加熱させて重合反応させる必要がなく、安定した成膜材料による膜形成を行うことが可能となる。
【００１０】
前記構成において、成膜材料は有機材料であり、前記加熱部では成膜材料を昇華させてダイマーガスとし、前記反応部ではダイマーガスを活性化させ、活性化したダイマーガスを対象物に射出して対象物にポリマーの薄膜を形成してもよい。
【００１１】
この場合、成膜材料は有機材料であり、前記加熱部では成膜材料を昇華させてダイマーガスとし、前記反応部ではダイマーガスを活性化させ、活性化したダイマーガスを対象物に射出して対象物にポリマーの薄膜を形成するので、成膜材料を安定させた状態で対象物に射出することが可能となる。具体的に、背景技術では、蒸発室１０２においてダイマーガスを生成し、蒸発室１０２と連続する分解室１０３においてダイマーガスから活性化したモノマーガスを生成し、試料室１０４においてモノマーガスを試料１０７に射出して試料１０７にポリマーの薄膜を形成（図３参照）するので、モノマーガスを生成することで成膜材料が不安定な状態なってしまうが、本発明ではモノマーガスを生成しないので、成膜材料が安定した状態となる。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる成膜方法は、成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成する成膜方法において、成膜材料を２００℃以下の温度で加熱して昇華させる加熱工程と、昇華させた成膜材料をプラズマによって重合反応させる反応工程と、を有し、重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、前記加熱工程と前記反応工程とを有し、重合反応させた成膜材料を対象物に射出して対象物に薄膜を形成するので、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料を安定な状態で対象物にポリマーの薄膜を形成することが可能となる。特に前記反応部によって成膜材料の内部エネルギーを高めることができるので、背景技術のように成膜材料を高温に加熱させて重合反応させる必要がなく、安定した成膜材料による膜形成を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる成膜装置および成膜方法によれば、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料を安定な状態で対象物にポリマーの薄膜を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施例にかかる蒸着源の概略構成図である。図２は、本実施例にかかる成膜装置の概略構成図である。なお、以下に示す実施例では、対象物として基板に本発明を適用した場合を示す。また、成膜材料に有機材料であるパラキシリレンを用いている。
【００１６】
成膜装置１では、４つの蒸発源４（図２に示す４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄであって便宜上符号４とする）が側壁４２に所定間隔（真空チャンバ１／４周毎）で設けられている。そして、各蒸発源４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）には、それぞれ開口部４０が真空チャンバ２の内方に向けた状態で設けられている。一方、基板３は、図１，２に示すように、その成膜面３１をこの開口部４０に向けた状態で基板ホルダ１１に搭載支持される。そして、基板ホルダ１１により基板３を矢印Ａ方向に移動させ基板３の成膜面３１を蒸発源４に対向させて、蒸発源４を用いて基板３への薄膜の形成を行う。
【００１７】
そして、この成膜装置１では、蒸発源４において重合反応させた成膜材料５を基板３に射出して基板３の成膜面３１に薄膜を形成する。
【００１８】
蒸発源４には、成膜材料５を基板３の成膜面３１に出射するための開口部４０を備えた筐体４１と、この成膜材料５を筐体４１内に供給する材料供給部６と、成膜材料５を２００℃以下の低温度（本実施例では１７０〜１８０℃に設定）で加熱して昇華させる加熱部７と、この加熱部７で昇華させた成膜材料をプラズマによって重合反応させる反応部８と、が設けられている。なお、筐体４１はセラミックスなどの耐熱材料からなり、その大きさは、適宜変更することにより、例えば大きく形成した場合、蒸発時間を長くすることができる。
【００１９】
材料供給部６は、成膜材料５を収容するホッパであり、ホッパ内には成膜材料５の供給量を制御する供給制御部が設けられている（図示省略）。このように、材料供給部６には供給制御手段を備えるので、成膜材料５の供給量を制御して常に溶融すべき成膜材料５を一定に保ち、成膜材料５を連続的にかつ一定量噴射させることができ、安定した成膜工程を維持できる。
【００２０】
加熱部７では、成膜材料５を反応部８に出射するための開口部７１が設けられ、この開口部７１と対向する位置にガス供給部９が連結されている。また、加熱部７の筐体外周には、加熱部７を加熱するためのＲＦ電源と接続されたＩＨコイル７２（もしくはシーズヒータ）が設けられている。さらに加熱部７には材料供給部６から成膜材料５が供給される。
【００２１】
反応部８は、リング状に成形された筐体８１からなり、その内部においてプラズマを発生させるプラズマ発生用ＲＦ電源が接続されている。また、反応部８の筐体８１内周面には、プラズマを制御するためのプラズマ通過孔８２が形成されている。この反応部８では、リング状の筐体８１内を、加熱部７で昇華された成膜材料５が挿通し、この挿通した成膜材料５は、プラズマ通過孔８２を通過して形成されたプラズマによって重合反応して内部エネルギーを高める。
【００２２】
また、筐体４１には、成膜材料５（蒸発分子）を基板３に導くための噴射力を成膜材料５に付加するための補助ガスを供給するガス供給部９が設けられている。このガス供給部９は、Ａｒ等の不活性ガス供給源９１および筐体４１に連通するガス供給管９２によって構成される。この構成によって、筐体４１内に供給された補助ガスの運動エネルギーが成膜材料５に付加され、成膜材料５の噴射力をさらに高めることができる。このように補助ガスにより、成膜材料５の噴射速度を上昇させることができるので、成膜材料５の基板３の成膜面３１への到達時間を短くできる。従って、成膜材料５は他の物質に汚染されず基板３の成膜面３１に到達し、その結果、均一で優れた膜質の薄膜を、安定して形成することができる。
【００２３】
上記した構成からなる成膜装置１による基板３への成膜材料５の形成（成膜工程）を以下に説明する。
【００２４】
まず、基板ホルダ１１に複数の基板３を搭載支持する。複数の基板３を基板ホルダ１１に搭載支持した状態で、複数の蒸発源４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに対して成膜面３１を対向させるように、複数の基板３を真空チャンバ２０内を周回移動（矢符Ａ）させて配置する。なお、蒸発源４では、材料供給部６に成膜材料５を供給する。
【００２５】
成膜材料５の供給が行なわれている間、加熱部７のＩＨコイル７２を加熱することで加熱部の温度を１７０〜１８０℃の温度範囲で発熱させる。この発熱により、加熱部７に供給された成膜材料５は、加熱部７の内部において加熱されて昇華し、蒸発分子となる（本発明でいう加熱工程）。
【００２６】
そして、昇華した成膜材料５は、加熱部７の開口部７１から反応部８に向けて射出される。この時、ガス供給部９から供給される補助ガスによる補助射出により、成膜材料の射出速度は上昇する。反応部８に射出された成膜材料５は、その内部において発生しているプラズマにより内部エネルギーを高めて重合反応する（本発明でいう反応工程）。
【００２７】
重合反応した成膜材料５は、反応部８を挿通して筐体４１の開口部４０から基板３に向けて射出され、基板３の成膜面３１に成膜材料５による薄膜が形成される。
【００２８】
各蒸発源４による複数の基板３への薄膜形成を終えると、基板３を真空チャンバ２０から排して、次の薄膜を形成する基板３を真空チャンバ２０の基板ホルダ１１に搭載支持させ、上記した工程を繰り返して複数の基板３に対して薄膜を形成する。
【００２９】
具体的に、本実施例では、成膜材料であるパラキシリレンが加熱部７において昇華してジパラキシリレンのダイマーガスとなる。そして、ダイマーガスが反応部８を挿通することでプラズマによってジパラキシリレンが活性化し、活性化したダイマーガスを基板３に射出して基板３の成膜面３１にポリマーであるポリパラキシリレンが形成される。
【００３０】
上記したように、本実施例にかかる成膜装置１によれば、加熱部７と反応部８とが設けられ、重合反応させた成膜材料５を基板３に射出して基板３の成膜面３１に薄膜を形成するので、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料５を安定な状態で基板３の成膜面３１にポリマーの薄膜を形成することができる。特に反応部８によって成膜材料５の内部エネルギーを高めることができるので、背景技術のように成膜材料５を高温に加熱させて重合反応させる必要がなく、安定した成膜材料による膜形成を行うことができる。
【００３１】
また、成膜材料５は有機材料であり、加熱部７では成膜材料５を昇華させてダイマーガスとし、反応部８ではダイマーガスを活性化させ、活性化したダイマーガスを基板３に射出して基板３の成膜面３１にポリマーの薄膜を形成するので、成膜材料５を安定させた状態で基板３に射出することができる。具体的に、背景技術では、蒸発室１０２においてダイマーガスを生成し、蒸発室１０２と連続する分解室１０３においてダイマーガスから活性化したモノマーガスを生成し、試料室１０４においてモノマーガスを試料１０７に射出して試料１０７にポリマーの薄膜を形成（図３参照）するので、モノマーガスを生成することで成膜材料が不安定な状態なってしまうが、本実施例ではモノマーガスを生成しないので、成膜材料５が安定した状態となる。
【００３２】
上記したように、本実施例にかかる成膜方法によれば、加熱工程と反応工程とを有し、重合反応させた成膜材料５を基板３に射出して基板３の成膜面３１に薄膜を形成するので、高温プロセスを行なわず、かつ、モノマーを生成せずに成膜材料５を安定な状態で基板３の成膜面３１にポリマーの薄膜を形成することができる。特に反応部８によって成膜材料５の内部エネルギーを高めることができるので、背景技術のように成膜材料５を高温に加熱させて重合反応させる必要がなく、安定した成膜材料による膜形成を行うことができる。
【００３３】
なお、本実施例では、有機材料を成膜材料として用いているが、これに限定されるものではなく、対象物へ形成する薄膜の用途にあわせて例えば無機材料を成膜材料としてもよく、さらに有機材料および無機材料を成膜材料として組み合わせて用いてもよい。なお、成膜材料として有機材料と無機材料とを用いた場合、これら有機材料および無機材料は、上記した加熱部７における加熱工程と、反応部８における反応工程とにより、これら材料が混合した状態となって対象物である基板３の成膜面３１に成膜される。
【００３４】
また、本実施例では、対象物として基板３を用いているが、これに限定されるものではなく、シート状のものであってもよく、他の形状のものであってもよい。
【００３５】
また、本実施例では１層の薄膜を基板３に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、１つの基板３に対して４つの蒸発源４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を用いて４つの層からなる膜を形成してもよい。
【００３６】
また、本実施例では、図２に示す４つの蒸発源４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を備えた真空チャンバを用いているが、これに限定されるものではなく、さらに多くの蒸発源を備えてもよい。この場合、成膜材料の射出面積を広げることができ、大型の成膜面を有する対象物への薄膜形成が可能になり、大型の優れた膜質の薄膜を形成することができる。さらに、蒸発源を対向して備えた構成であってもよい。この場合、対向して備えられた蒸発源の間に対象物を配することで対象物の複数面（基板の場合はその両面）に薄膜を形成することができる。
【００３７】
また、本実施例では、加熱部７における加熱温度を１７０〜１８０℃に設定しているが、これは好適な例であり、加熱温度は１００〜２００℃の範囲内であればよい。
【００３８】
また、本実施例では、成膜装置１では基板３を周回移動させるが、これに限定されるものではなく、基板３の移動形態は、真空チャンバの形態にあわせて変更してもよい。
【００３９】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、基板をはじめ様々な形態のものに薄膜を形成することに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本実施例にかかる成膜装置に備えられた蒸着源の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例にかかる成膜装置の概略構成図である。
【図３】図３は、背景技術の減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  成膜装置
３  基板
５  成膜材料
７  加熱部
８  反応部
【図１】
2008303450.tif 000003
【図２】
2008303450.tif 000004
【図３】
2008303450.tif 000005