(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に高分子薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容すると共に下端が開口されて開口部を有する有天井の縦長筒体状の処理容器と、
前記開口部を気密にシールする蓋部と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ前記高分子薄膜の複数の原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器を加熱する容器加熱手段と、
前記保持手段を冷却する内部冷却手段と、
前記処理容器の側壁と前記保持手段との間の温度差が所定の温度差以上になるように制御する温度制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記保持手段は、複数本の支柱と、前記支柱によって複数段に亘って固定されてそれぞれに前記被処理体を載置する複数の載置台とを有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記内部冷却手段は、前記支柱と前記載置台とに形成された冷媒通路と、前記冷媒通路に冷媒を循環させるための冷媒循環部とを有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記保持手段を、前記開口部から前記処理容器内へ搬入又は搬出させるための昇降機構を有することを特徴とする請求項２又は３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記処理容器は石英よりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記保持手段は、前記被処理体に対して汚染が生じない金属よりなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記原料ガスは、キャリアガスによって流されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記所定の温度差以上は、５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記処理容器内の圧力は、１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記保持手段の温度は１００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記複数の原料ガスは、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリイミド薄膜であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記複数の原料ガスは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）と４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリ尿素薄膜であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の表面にポリイミド薄膜等の高分子薄膜を形成する成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路等を製造するためには、シリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して成膜処理、エッチング処理、酸化処理等の各種の処理が繰り返し行われている。そして、上記半導体集積回路に用いる絶縁膜としては一般的にはＳｉＯ２ 膜等に代表される無機系の絶縁膜が主流であるが、従来より、製造プロセスやプロセス条件が比較的簡単なことから有機物による高分子薄膜が検討されている（特許文献１、２、３及び非特許文献）。
【０００３】
例えばポリイミド薄膜に代表されるこの高分子薄膜は、半導体集積回路の層間絶縁膜や液晶表示装置の液晶配向膜等として用いることが検討されている。この高分子薄膜を形成するための方法としては、原料モノマーを溶媒に溶かして、これを半導体ウエハ上にスピンコートして重合させる、いわゆる湿式法や、減圧雰囲気になされた真空容器内で原料モノマーを蒸発させて重合させるようにした蒸着重合法等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２６１３２２号公報
【特許文献２】特開平９−１４３６８１号公報
【特許文献３】特開２０００−２１８６７号公報
【非特許文献１】”Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｄ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ”［Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍ，Ｐｏｌｙｍ．  ５（１９９３）２２９−２３７ｐｐ．］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記湿式法にあっては、膜厚を十分に薄くすることが困難であるばかりか、薄膜と基板（半導体ウエハ）との密着性が十分ではなく、しかも溶媒の添加及び除去に際して不純物が混入し易い、といった欠点があった。
【０００６】
これに対して、上記蒸着重合法では上記した湿式法による欠点を全て排除することができることから比較的好ましい方法である。しかしながら、この蒸着重合法では、半導体ウエハを含む処理容器内の温度管理がかなり難しく、特に膜厚や膜質が良好な高分子薄膜を得るように温度管理を行うと、処理容器の内壁面に不要な膜が多量に付着し、このため、この不要な膜を除去するためのクリーニング処理の頻度が増加したり、クリーニング処理時間が長くなり、装置の使用効率が低下してスループットを大幅に低下させる、といった問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、膜質の低下を生ぜしめることなく処理容器の側壁への不要な付着膜の堆積を抑制してクリーニング処理の頻度を減少させることができると共に、クリーニング処理時間を短くすることができ、これにより装置の使用効率を上げてスループットを大幅に向上させることが可能な成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、半導体ウエハの表面と処理容器の側壁面に付着する高分子薄膜の形成工程について鋭意研究した結果、処理容器の側壁の温度に対してウエハの温度を低く設定しておくことにより、ガス状の原料モノマーが熱泳動によって主にウエハ側へ引き付けられて行く、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理体の表面に高分子薄膜を形成する成膜装置において、前記被処理体を収容すると共に下端が開口されて開口部を有する有天井の縦長筒体状の処理容器と、前記開口部を気密にシールする蓋部と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内へ前記高分子薄膜の複数の原料ガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器を加熱する容器加熱手段と、前記保持手段を冷却する内部冷却手段と、前記処理容器の側壁と前記保持手段との間の温度差が所定の温度差以上になるように制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【００１０】
このように、被処理体の表面に高分子薄膜を形成する成膜装置において、処理容器側に容器加熱手段を設け、保持手段側に内部冷却手段を設けて、処理容器の側壁と保持手段との間の温度差が所定の温度差以上になるように制御したので、膜質の低下を生ぜしめることなく処理容器の側壁への不要な付着膜の堆積を抑制してクリーニング処理の頻度を減少させることができると共に、クリーニング処理時間を短くすることができ、これにより装置の使用効率を上げてスループットを大幅に向上させることができる。
【００１１】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記保持手段は、複数本の支柱と、前記支柱によって複数段に亘って固定されてそれぞれに前記被処理体を載置する複数の載置台とを有する。
【００１２】
また例えば請求項３に記載したように、前記内部冷却手段は、前記支柱と前記載置台とに形成された冷媒通路と、前記冷媒通路に冷媒を循環させるための冷媒循環部とを有する。
また例えば請求項４に記載したように、前記保持手段を、前記開口部から前記処理容器内へ搬入又は搬出させるための昇降機構を有する。
また例えば請求項５に記載したように、前記処理容器は石英よりなる。
【００１３】
また例えば請求項６に記載したように、前記保持手段は、前記被処理体に対して汚染が生じない金属よりなる。
また例えば請求項７に記載したように、前記原料ガスは、キャリアガスによって流される。
また例えば請求項８に記載したように、前記所定の温度差以上は、５０℃以上である。
また例えば請求項９に記載したように、前記処理容器内の圧力は、１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内である。
【００１４】
また例えば請求項１０に記載したように、前記保持手段の温度は１００℃以上である。
また例えば請求項１１に記載したように、前記複数の原料ガスは、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリイミド薄膜である。
【００１５】
また例えば請求項１２に記載したように、前記複数の原料ガスは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）と４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリ尿素薄膜である。
【００１６】
本発明の関連技術は、被処理体の表面に高分子薄膜を形成する成膜方法において、真空引きされた処理容器内の保持手段に保持された前記被処理体を収容し、前記処理容器を加熱すると共に前記保持手段を冷却して両者の温度差が所定の温度差以上になるように制御しつつ前記処理容器内へ複数の原料ガスを導入して前記被処理体の表面に前記高分子薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法である。
【００１７】
この場合、例えば前記保持手段には冷媒通路が形成されており、前記冷媒通路にはこれを冷却する冷媒が循環されている。
また例えば前記原料ガスは、キャリアガスによって流される。
また例えば前記所定の温度差以上は、５０℃以上である。
【００１８】
また例えば前記処理容器内の圧力は、１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内である。
また例えば前記保持手段の温度は１００℃以上である。
また例えば前記複数の原料ガスは、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリイミド薄膜である。
【００１９】
また例えば前記複数の原料ガスは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）と４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）とよりなり、前記高分子薄膜はポリ尿素薄膜である。
【００２０】
本発明の関連技術は、上記成膜装置を用いて被処理体の表面に高分子薄膜を形成するに際して、上記成膜方法を実施するように前記成膜装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体の表面に高分子薄膜を形成する成膜装置において、処理容器側に容器加熱手段を設け、保持手段側に内部冷却手段を設けて、処理容器の側壁と保持手段との間の温度差が所定の温度差以上になるように制御したので、膜質の低下を生ぜしめることなく処理容器の側壁への不要な付着膜の堆積を抑制してクリーニング処理の頻度を減少させることができると共に、クリーニング処理時間を短くすることができ、これにより装置の使用効率を上げてスループットを大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る成膜装置の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置を示す断面構成図、図２は保持手段であるウエハボートを示す横断面図、図３はウエハボートを示す部分拡大図である。尚、ここでは高分子薄膜の一例としてポリイミド樹脂の薄膜であるポリイミド薄膜を形成する場合を例にとって説明する。
【００２３】
図示するように、この成膜装置２は下端が開口されて上下方向に所定の長さを有して円筒体状になされた有天井の縦型の処理容器４を有している。この処理容器４は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
【００２４】
この処理容器４の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを複数段に亘って所定のピッチで載置した保持手段としてのウエハボート６が昇降可能に挿脱自在になされている。このウエハボート６の構造については後述する。そして、ウエハボート６の処理容器４内への挿入時には、上記処理容器４の下端の開口部４Ａは、例えばアルミニウム合金（アルミニウムを含む）等の金属製の蓋部８により塞がれて密閉される。
【００２５】
この際、処理容器４の下端部と蓋部８の周辺部との間には、気密性を維持するために例えばＯリング等のシール部材１０が介在される。尚、この蓋部８をステンレス板により形成する場合もある。このウエハボート６は、上記蓋部８の上面側に取り付け固定されている。そして、この蓋部８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構１２より延びたアーム１２Ａの先端に取り付けられており、上記ウエハボート６及び蓋部８等を一体的に昇降できるようになされている。
【００２６】
上記処理容器４の側部には、これを取り囲むようにしてた例えばカーボンワイヤ製のヒータよりなる容器加熱手段１４が設けられており、この内側に位置する石英製の処理容器４を加熱し得るようになっている。そして、この容器加熱手段１４は、これに電力を供給するヒータ電源１５に接続される。またこの容器加熱手段１４の外周には、断熱材１６が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。
【００２７】
そして、この容器加熱手段１４の近傍には、例えば熱電対よりなる温度センサ１８が設けられており、この容器加熱手段１４に近い処理容器４の温度を測定するようになっている。また処理容器４の下部側壁には、この処理容器４内へ所定のガスを供給するためのガス供給手段２０を設けている。具体的には、このガス供給手段２０は、成膜用の複数の原料ガス、ここでは２種類の原料ガスを供給するために第１の原料ガス供給系２２と、第２の原料ガス供給系２４とにより主に構成されている。
【００２８】
尚、実際には、図示されないが、不活性ガスとして例えばＮ２ ガスやＡｒ、Ｈｅ等の希ガスを必要に応じてパージガスや希釈ガスとして供給する不活性ガス供給系やクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系も設けられている。そして、上記第１の原料ガス供給系２２、第２の原料ガス供給系２４は、それぞれ上記処理容器４の下部側壁に例えば貫通するように設けられた石英製の第１及び第２のガスノズル２２Ａ、２４Ａを有している。ここでは上記第１及び第２のガスノズル２２Ａ、２４Ａとして直線状のストレート管が用いられている。
【００２９】
尚、これらの各ガスノズル２２Ａ、２４Ａは実際には上記処理容器４の下端部の肉厚になされたフランジ部４Ｂに設けられる。また、この構造に代えて、処理容器４の下端にステンレス製の筒体状のマニホールドを設け、このマニホールドにガスノズル２２Ａ、２４Ａを設けるようにしてもよい。
【００３０】
そして、上記第１及び第２の各ガスノズル２２Ａ、２４Ａには、それぞれガス通路２２Ｂ、２４Ｂが接続されており、流量制御されたそれぞれの原料ガスを供給するようになっている。また、この各ガス通路２２Ｂ、２４Ｂには、例えばテープヒータのような通路加熱ヒータ２２Ｃ、２４Ｃが巻回して設けられており、各通路を加熱することにより蒸気圧が高くなされた各原料ガスが流れる途中で液化や固化することを防止するようになっている。ここでは２種類の原料ガスとして例えば、ピロメリット酸二無水物（以下「ＰＭＤＡ」とも称す）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（以下「ＯＤＡ」とも称す）とが用いられる。
【００３１】
上記ＰＭＤＡは常温で固体なので、例えば２５０℃程度に加熱して昇華し、発生したガスを流量制御されたキャリアガスと共に移送する。また上記ＯＤＡは常温で固体なので、これを加熱して液化し、この液体を流量制御されたキャリアガスによりバブリングすることにより蒸気を発生させ、キャリアガスと共に移送する。上記キャリアガスとしては、ここでは例えば不活性ガスであるＮ２ ガスが用いられるが、これに代えてＨｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００３２】
また、上記処理容器４の天井部には、横方向へＬ字状に屈曲させた排気口２８が設けられる。この排気口２８には、処理容器４内を真空引きする真空排気系３０が接続されている。具体的には、上記真空排気系３０は上記排気口２８に接続された排気通路３２を有しており、この排気通路３２には、バタフライ弁のような圧力制御弁３２Ａ、排気ガス中の反応副生成物や未反応の原料ガスを捕集するトラップ機構３２Ｂ及び真空ポンプ３２Ｃがそれぞれ順次介設されている。
【００３３】
ここでウエハＷを保持する保持手段としてのウエハボート６について説明する。このウエハボート６は、図２及び図３にも示すように、複数本、図示例では３本の支柱３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃと、この支柱３６Ａ〜３６Ｃの長手方向に沿って複数段に亘って固定された複数の載置台３８とにより主に構成されている。そして、このウエハボート６には、これに保持されるウエハＷを冷却するための内部冷却手段４０（図１参照）が設けられている。
【００３４】
具体的には、上記ウエハボート６の全体は、ウエハＷに対する汚染を引き起こすことがないような金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により形成されている。上記ウエハボート６の一部を形成する上記３本の支柱３６Ａ〜３６Ｃは、処理容器４の下端の開口部４Ａを密閉する蓋部８より起立させて設けられており、各支柱３６Ａ〜３６Ｃの上端部は天板４２（図１参照）により互いに連結されている。そして、上記載置台３８は、所定の厚さの円板状に成形されており、この載置台３８の裏面に上記３本の各支柱３６Ａ〜３６Ｃから中心方向へ延びるＬ字状になされた支持アーム４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの先端部を接続固定して、上記載置台３８を支持するようになっている（図２参照）。そして、この載置台３８の上面側にウエハＷが直接的に載置されることになる。上記載置台３８のピッチＰ１は例えば８ｍｍ程度であるが、特に限定されない。
【００３５】
ここで、ウエハＷの直径に対して上記載置台３８の直径は僅かに、例えば数ｃｍ程度小さく設定されており、図２に示すように、ウエハＷを移載するための二股状のフォーク４６によりウエハＷの周辺部の下面を支持し、これに持ち上げたり、或いは持ち下げたりできるようになっている。
【００３６】
尚、このフォーク４６を有する移載機構（図示せず）は、処理容器４の下方のローディングエリアに設けられる。また図２に示すように、上記３本の支柱３６Ａ〜３６Ｃは、上記フォーク４６が侵入する方向とは反対側の略半円状の円周部分に等間隔で配置されており、ウエハ移載時のフォーク４６と各支柱３６Ａ〜３６Ｃとが干渉しないようになっている。図１に示す場合には、７個の載置台３８が設けられているが、処理容器４の高さ方向の大きさにもよるが、実際には２５〜１００個程度設けられることになる。
【００３７】
一方、上記ウエハＷを冷却する上記内部冷却手段４０は、上記ウエハボート６に形成された冷媒通路４８と、これに冷媒を循環させる冷媒循環部５０とにより主に構成されている。具体的には、上記冷媒通路４８は、上記３本の支柱３６Ａ〜３６Ｃの内の２本の支柱３６Ａ、３６Ｃ内に沿って形成された支柱内通路５２Ａ、５２Ｃと、この２本の支柱３６Ａ、３６Ｃから延びる支持アーム４４Ａ、４４Ｃ内に形成されたアーム内通路５４Ａ、５４Ｃと、各載置台３８内にその全面に亘って例えば蛇行状に形成された載置台内通路５６とにより構成されている。
【００３８】
そして、各載置台３８においてアーム内通路５４Ａ、載置台内通路５６及びアーム内通路５４Ｃは直列に接続されており、また各アーム内通路５４Ａ、５４Ｃは、２本の支柱内通路５２Ａ、５２Ｃに対してそれぞれ接続されている。これにより、各載置台３８の載置台内通路５６に対して冷媒を流すことができるようになっている。
【００３９】
また、図１に示すように、上記各支柱内通路５２Ａ、５２Ｃと冷媒循環部５０との間は、伸縮可能になされた蛇腹状の伸縮管５８により連結されており、この伸縮管５８を介して冷媒を循環させると共に、この伸縮管５８がウエハボート６の昇降移動に追従できるようになっている。このように形成された内部冷却手段４０としては、例えばチラー（登録商標）を用いることができる。そして、上記ウエハボート６の一部の載置台３８には、ウエハ温度（載置台温度）を計測するための例えば熱電対よりなる温度センサ６０が設けられている。
【００４０】
そして、上記冷媒循環部５０とヒータ電源１５は例えばコンピュータ等よりなる温度制御部６２により制御されることになる。具体的には、この温度制御部６２には、処理容器４の温度を検出する温度センサ１８と載置台３８の温度を検出する温度センサ６０との出力が共に入力されており、上記処理容器４と載置台３８との間の温度差が所定の温度差以上、例えば５０℃以上となるように制御するようになっている。すなわち、載置台３８よりも処理容器４の側壁の温度の方が５０℃以上高くなるように制御するようになっている。
【００４１】
そして、この装置全体の動作、例えば各ガスの供給開始、供給停止、処理容器４内の圧力制御、温度制御部６２への動作指令等は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部６４により制御される。そして、この装置制御部６４は、この装置全体の動作を制御するためのコンピュータにより読み書き可能なプログラムを記憶するための例えばフレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等よりなる記憶媒体６６を有している。
【００４２】
次に、以上のように構成された成膜装置２を用いて行なわれる成膜方法について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体６６に記憶されたプログラムに基づいて行われる。
【００４３】
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハＷがアンロード状態で成膜装置２が待機状態の時には、処理容器４はプロセス温度、或いはこれより低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば５０枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート６を容器加熱手段１４によりホットウォール状態になされた処理容器４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部８で処理容器４の下端の開口部４Ａを閉じることにより処理容器４内を密閉する。
【００４４】
そして、処理容器４内を真空排気系３０により真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、容器加熱手段１４への供給電力を増大させることにより、処理容器４自体の温度とウエハ温度を上昇させて成膜処理用のプロセス温度まで昇温して安定させる。
また、ウエハボート６には、これに設けた内部冷却手段４０が予め駆動されて冷媒通路４８には冷媒が流れており、各載置台３８は所定の温度になされている。
【００４５】
すなわち、冷媒循環部５０から供給された冷媒は一方の伸縮管５８を通ってウエハボート６の支柱５２Ａに設けた支柱内通路５２Ａ内を上昇し、この支柱内通路５２Ａから各アーム内通路５４Ａへ分岐してこれを介して各載置台３８の載置台通路５６内に流れ込み、この載置台自体を冷却する。この載置台通路５６内を流れた冷媒は、他方のアーム内通路５４Ｃを通って他方の支柱３６Ｃに設けた支柱内通路５２Ｃ内で合流し、合流した冷媒は他方の伸縮管５８を介して冷媒循環部５０へ戻ってくることになる。このようにして、上記冷媒は、ウエハボート６内を循環して各載置台３８及びこれに載置されているウエハＷを冷却する。
【００４６】
そして、このような状態で、ガス供給手段２０を駆動し、第１のガス供給系２２からキャリアガスと共に搬送されたＰＭＤＡを処理容器４内へ導入すると共に、第２のガス供給系２４からキャリアガスと共に搬送されたＯＤＡを処理容器４内へ導入し、更に真空排気系３０によりこの処理容器４内の圧力を所定のプロセス圧力に維持する。これにより、上記両原料ガスを重合反応させてウエハＷの表面に対してポリイミド薄膜よりなる薄膜を堆積させる。
【００４７】
この重合反応による成膜のプロセス時には、処理容器４内のプロセス圧力は、例えば１〜１０Ｔｏｒｒ（１３３．３〜１３３３Ｐａ）の範囲内に維持する。そして、上記処理容器４及び載置台３８の温度は、それぞれ温度センサ１８、６０により検出されて上記温度制御部６２へ入力されており、この成膜のプロセス時には上記温度制御部６２はウエハ温度をプロセス温度に維持すると共に、ヒータ電源１５及び冷媒循環部５０の双方、或いはいずれか一方を制御して、上記処理容器４の側壁とウエハボート６の一部である載置台３８との間の温度差が所定の温度差以上、具体的には５０℃以上になるように制御している。
【００４８】
換言すれば、載置台３８に冷却手段を設けない場合には、この載置台温度が処理容器４の側壁と同じ位の温度まで昇温してしまうので、載置台３８側に内部冷却手段４０を設けて載置台３８の温度よりも処理容器４の温度の方が５０℃以上高くなるように制御している。ここで、載置台３８上に載置されるウエハＷの温度は載置台３８の温度と略同じ温度に加熱されている。この時の各部の温度は、例えば処理容器４の側壁の温度が２５０℃以上に設定され、載置台３８、すなわちウエハＷの温度は２００℃に設定されている。
【００４９】
この場合、上記処理容器４の側壁の温度及び載置台３８の温度は、共に成膜用の原料ガスであるＰＭＤＡ及びＯＤＡが再固化する温度、或いは再液化する温度よりも高く設定され、且つＰＭＤＡ及びＯＤＡが共に熱分解しないような温度範囲内であって、モノマーである両原料ガスが蒸着重合するような温度範囲内に設定する。この場合、上記ＰＭＤＡの昇華温度は例えば２０３℃程度であり、熱分解温度は４００℃程度である。また上記ＯＤＡの液化温度は例えば１８７℃程度であり、熱分解温度は４００℃程度である。
【００５０】
上述のように処理容器４の側壁と載置台３８、すなわちウエハＷとの間に５０℃以上の温度差を設けておくことにより、原料モノマーであるガス状のＰＭＤＡとＯＤＡは共に熱泳動によって温度が低いウエハＷ側へ主に引き付けられて行くことになり、このウエハＷの表面に蒸着重合によって薄膜としてポリイミド薄膜が形成されることになる。また、上記温度差が５０℃よりも小さい場合には、熱泳動による原料ガスの引き付けの効果が薄くなってブラウン運動が主体となり、ウエハＷの表面と処理容器４の側壁とに略均等に薄膜が形成されてしまって好ましくない。
【００５１】
このようにして、温度の高い処理容器４の側壁には原料ガスであるＰＭＤＡやＯＤＡが引き付けられ難くなるので、この側壁に薄膜が堆積することを防止したり、或いは抑制することができる。
【００５２】
上記実施形態ではウエハＷの温度を２００℃に設定し、且つ処理容器４の側壁の温度を２５０℃以上に設定したが、これらは単に一例を示したに過ぎず、例えば上記熱泳動による原料ガスの引き付けが５０℃よりも小さな温度差でも顕著に生ずれば、より小さな温度差にしてもよい。ただし、ウエハ温度を好ましくは２００℃以上に設定することにより、この表面に付着している水分を確実に蒸発させることができてポリイミド薄膜の膜質を向上させることができる。
【００５３】
いずれにしても、処理容器４の側壁の温度及びウエハＷ（載置台３８）の温度は、上記温度差を設けつつ両原料ガスが気化状態を維持して熱分解もせず、且つ蒸着重合を生ずるような温度範囲内に維持する。また、処理容器４内の不要な膜を除去するためにクリーニングする場合には、例えばオゾンを流して容器内部の不要な膜を除去すればよい。
【００５４】
このように、上記実施形態によれば、被処理体である半導体ウエハＷの表面に高分子薄膜であるポリイミド薄膜を形成する成膜装置において、処理容器４側に容器加熱手段１４を設け、保持手段であるウエハボート６側に内部冷却手段４０を設けて、処理容器の側壁と保持手段との間の温度差が所定の温度差以上、例えば温度差５０℃以上になるように制御したので、膜質の低下を生ぜしめることなく処理容器４の側壁への不要な付着膜の堆積を抑制してクリーニング処理の頻度を減少させることができると共に、クリーニング処理時間を短くすることができ、これにより装置の使用効率を上げてスループットを大幅に向上させることができる。
【００５５】
＜実際の成膜処理の評価＞
次に、上述したような装置例を用いて本発明方法により高分子薄膜を実際に成膜する実験を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは成膜用の原料ガスとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いており、常温で粉体のＰＭＤＡは２６０℃に加熱して昇華し、このガスをキャリアガスとしてＮ２ ガスで搬送した。この時のキャリアガスの流量は２００ｓｃｃｍであり、ＰＭＤＡの流量は略１ｇ／分に設定した。
【００５６】
また常温で固体のＯＤＡは２２０℃に加熱して液化し、これをキャリアガスとしてＮ２ ガスでバブリングしてガスを発生させて搬送した。この時のキャリアガスの流量は６００ｓｃｃｍであり、ＯＤＡの流量は略１ｇ／分に設定した。
【００５７】
また処理容器４内のプロセス圧力は５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）に設定した。そして、ウエハＷの温度（載置台温度）をプロセス温度として２００℃に設定し、且つ処理容器４の側壁の温度を、ウエハより６０℃だけ高い２６０℃に設定した。成膜時間を１０分間に設定して高分子薄膜としてポリイミド薄膜を直径が３００ｍｍのウエハ表面に形成したところ、ウエハ表面では２μｍの厚さのポリイミド薄膜が形成されたが、処理容器４の側壁にはほとんど薄膜が形成されておらず、本発明の有効性を確認することができた。
【００５８】
尚、以上の実施形態では、ガス供給手段２０のガスノズル２２Ａ、２４Ａは直線状のストレート管が用いられたが、これに限定されず、図４に示すガスノズルの変形例のように、第１及び第２のガスノズル２２Ａ、２４Ａを、ウエハボート６の周囲を囲むようにしたリング状にそれぞれ形成し、このリング状のガスノズル２２Ａ、２４Ａに沿って設けた複数のガス噴出孔７０から各原料ガスを噴射するようにしてもよい。この場合には、各原料ガスをウエハＷの周方向に沿って略均等に供給することができるので、その分、形成される高分子薄膜の面内均一性を向上させることができる。
【００５９】
また、ここでは処理容器４として単管構造の場合を例にとって説明したが、これに限定されず、円筒状の内筒と外筒とを同心円状に配置してなる２重管構造の処理容器を用いてもよい。更には、ここでは保持手段であるウエハボート６に複数枚の半導体ウエハＷを載置して成膜処理を行う、いわゆるバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器４及び保持手段であるウエハボート６の高さをそれぞれ小さく設定してウエハを１枚ずつ処理するようにした、いわゆる枚葉式の成膜装置にも、本発明を適用することができる。
【００６０】
また、ここでは原料ガスとしてＰＭＤＡとＯＤＡとを用いて高分子薄膜としてポリイミド薄膜を形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば原料ガスとして、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）と４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）とを用いて、高分子薄膜としてポリ尿素薄膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。このポリ尿素薄膜を形成する場合には、上記ウエハボート６を１００℃以上に設定する。
【００６１】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る成膜装置を示す断面構成図である。
【図２】保持手段であるウエハボートを示す横断面図である。
【図３】ウエハボートを示す部分拡大図である。
【図４】ガスノズルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２  成膜装置
４  処理容器
６  ウエハボート（保持手段）
８  蓋部
１２  昇降機構
１４  容器加熱手段
２０  ガス供給手段
２２  第１の原料ガス供給系
２４  第２の原料ガス供給系
３０  真空排気系
３６Ａ〜３６Ｃ  支柱
３８  載置台
４０  内部冷却手段
４４Ａ〜４４Ｃ  支持アーム
４８  冷媒通路
５０  冷媒循環部
５２Ａ，５２Ｃ  支柱内通路
５４Ａ，５４Ｃ  アーム内通路
５６  載置台内通路
５８  伸縮管
６２  温度制御部
６４  装置制御部
６６  記憶媒体
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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