成膜装置
【課題】成膜容器の圧力を測定するための圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積を低減可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜容器１１内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、基板に膜を成膜する成膜装置において、成膜容器１１に原料ガスを供給する供給機構と、成膜容器１１からガスを排気する排気機構２５と、成膜容器１１から排気機構２５にガスが流れる排気流路５５の途中に設けられており、原料ガスを含む生成物を析出させることによって、原料ガスを捕捉するトラップ部３０と、成膜容器１１とトラップ部３０との間で排気流路５５に合流するように接続されており、排気流路５５にパージガスを供給するパージガス供給部５０と、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられた圧力計５１とを有する。
【解決手段】成膜容器１１内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、基板に膜を成膜する成膜装置において、成膜容器１１に原料ガスを供給する供給機構と、成膜容器１１からガスを排気する排気機構２５と、成膜容器１１から排気機構２５にガスが流れる排気流路５５の途中に設けられており、原料ガスを含む生成物を析出させることによって、原料ガスを捕捉するトラップ部３０と、成膜容器１１とトラップ部３０との間で排気流路５５に合流するように接続されており、排気流路５５にパージガスを供給するパージガス供給部５０と、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられた圧力計５１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にポリイミド膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低い。従って、基板の表面にポリイミドを成膜して得られるポリイミド膜は、絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして例えばピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と、例えば４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ；別名４，４'−ジアミノジフェニルエーテル）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている。蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを昇華させて基板の表面で重合させる方法である（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ＰＭＤＡ及びＯＤＡのモノマーを気化器で蒸発させ、蒸発させたそれぞれの蒸気を蒸着重合室に供給し、基板上で蒸着重合させてポリイミド膜を成膜する成膜方法が開示されている。
【０００５】
このような蒸着重合による成膜方法においては、基板上での蒸着重合に寄与することのなかった原料モノマーが、蒸着重合室を排気するための真空ポンプ内に析出することによって悪影響を与えることが知られている。そこで、水冷コイルを備えたトラップを有する成膜装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４２８３９１０号公報
【特許文献２】特開平５−１３２７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなＰＭＤＡガスとＯＤＡガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する成膜装置には、以下のような問題がある。
【０００８】
ＰＭＤＡガスとＯＤＡガスとを供給することによって基板の表面に安定してポリイミド膜を成膜するためには、基板の表面におけるＰＭＤＡガスとＯＤＡガスとよりなる原料ガスの供給量を一定にすることが望ましい。しかし、成膜容器を排気機構により排気する排気量が変動すると、成膜処理時の成膜容器内の圧力が変動する。また、成膜容器内の圧力が変動すると、原料ガスの供給量も変動する。従って、原料ガスの供給量を一定にするためには、成膜容器内の圧力を毎回正確に制御して安定したプロセス条件を得ることが必要である。成膜容器内の圧力を制御するためには、成膜容器又は成膜容器と排気機構との間の排気流路に圧力計を設け、圧力を測定することが必要である。また、圧力計が設けられた部分と排気機構との間の排気流路には、前述したトラップが設けられる。
【０００９】
ところが、成膜容器から排出される排気ガスの温度は例えば２６０℃程度の高温であり、排気ガスの温度が低下すると原料ガスを含む生成物が析出するため、トラップまでの排気流路を高温に保持する必要がある。従って、排気流路に設けられる圧力計には優れた耐熱性が要求される。しかし、このような耐熱性に優れた圧力計は少ない。
【００１０】
成膜容器と圧力計との間にプリトラップを設け、排気ガス中から原料ガスを含む生成物の一部をプリトラップにより捕捉し、圧力計が設けられた排気流路の部分の温度を少し下げることも考えられる。しかし、トラップが２台必要になるため、成膜装置の設置面積（フットプリント）が増大する問題がある。
【００１１】
また、上記した課題は、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスよりなる原料ガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する場合に限定されず、各種の原料ガスを基板に供給して各種の膜を成膜する場合にも共通する課題である。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、成膜容器の圧力を測定するための圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積を低減可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、成膜容器内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、前記基板に膜を成膜する成膜装置において、前記成膜容器に前記原料ガスを供給する供給機構と、前記成膜容器からガスを排気する排気機構と、前記成膜容器から前記排気機構にガスが流れる排気流路の途中に設けられており、前記原料ガスを含む生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ部と、前記成膜容器と前記トラップ部との間で前記排気流路に合流するように接続されており、前記排気流路にパージガスを供給するパージガス供給部と、前記パージガス供給部から前記排気流路にパージガスが流れるパージガス供給流路の途中に設けられた圧力計とを有する、成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、成膜装置において、成膜容器の圧力を測定するための圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積が低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。
【図２】第１の実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る成膜装置におけるトラップ部の構成を示す縦断面図である。
【図４】第１の開閉バルブの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】流量を計算するために仮定したパージガスの流路空間のモデルを示す斜視図である。
【図６】横軸に流量を表し、縦軸に間隔を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その１）である。
【図８】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その２）である。
【図９】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その３）である。
【図１０】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その４）である。
【図１１】比較例に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１２】比較例に係る成膜装置におけるトラップ部の構成を示す縦断面図である。
【図１３】評価を行った成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１４】モニタ用圧力計及び圧力計により測定した圧力の時間依存性を示すグラフである。
【図１５】第２の実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１６】横軸に流量を表し、縦軸に長さを表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、芳香族酸二無水物よりなる第１の原料を気化した第１の原料ガスと、芳香族ジアミンよりなる第２の原料を気化した第２の原料ガスとを、成膜容器内に保持されている基板に供給することによって、基板にポリイミド膜を成膜する成膜装置である。
【００１８】
なお、芳香族酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物（Pyromellitic Dianhydride、以下「ＰＭＤＡ」と略す。）であることが好ましく、芳香族ジアミンは、例えば４，４'−オキシジアニリン（4,4'-Oxydianiline、以下「ＯＤＡ」と略す。また、別名４，４'−ジアミノジフェニルエーテルともいう。）であることが好ましい。また、ポリイミド膜を成膜する基板を、例えば半導体ウェハ（以下「ウェハＷ」という。）とすることができる。以下では、一例として、気化したＰＭＤＡガスと、気化したＯＤＡガスとを、成膜容器内に保持されているウェハＷに供給することによって、ウェハＷにポリイミド膜を成膜する成膜装置について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。
【００２０】
本実施の形態に係る成膜装置１０は、成膜容器１１、供給機構２０、真空ポンプ２５、トラップ部３０、パージガス供給部５０、圧力計５１、及び制御部８０を有する。
【００２１】
成膜装置１０は、真空ポンプ２５により排気が可能なチャンバー１１内にポリイミド膜が成膜されるウェハＷを複数保持することが可能なウェハボート１２を有している。また、チャンバー１１内には、気化したＰＭＤＡ（ＰＭＤＡガス）及び気化したＯＤＡ（ＯＤＡガス）を供給するためのインジェクタ１３及び１４を有している。このインジェクタ１３及び１４の側面には開口部が設けられており、気化器により気化したＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスが図面において矢印で示すようにウェハＷに供給される。供給されたＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスがウェハＷ上で蒸着重合反応することによりポリイミド膜が成膜される。なお、ポリイミド膜の成膜に寄与しないＰＭＤＡガス及びＯＤＡガス等は、そのまま流れ、排気口１５よりチャンバー１１の外に排出される。また、ウェハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるように、ウェハボート１２は、回転部１６により回転するよう構成されている。更に、チャンバー１１の外部には、チャンバー１１内のウェハＷを一定の温度に加熱するためのヒーター１７が設けられている。
【００２２】
ヒーター１７は、後述する制御部８０により、チャンバー１１の温度が、供給されたＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスがウェハＷ上で蒸着重合反応する温度範囲になるように、加熱される。具体的には、チャンバー１１の温度は、約２００℃に設定されている。
【００２３】
なお、チャンバー１１は、本発明における成膜容器に相当する。
【００２４】
供給機構２０は、チャンバー１１に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを供給する。供給機構２０は、第１の原料ガス供給部２１及び第２の原料ガス供給部２２を有する。第１の原料ガス供給部２１は、バルブ２３、導入部１８を介してインジェクタ１３に接続されている。第２の原料ガス供給部２２は、バルブ２４、導入部１８を介してインジェクタ１４に接続されている。
【００２５】
第１の原料ガス供給部２１は、第１の気化器２１である。第１の気化器２１は、ＰＭＤＡよりなる第１の原料を加熱して昇華（気化）させ、気化して得られたＰＭＤＡガスよりなる第１の原料ガスを窒素ガス（Ｎ２ガス）よりなる第１のキャリアガスとともにチャンバー１１に供給する。第１のキャリアガスは、ＰＭＤＡガスよりなる第１の原料ガスを搬送するためのものである。
【００２６】
第２の原料ガス供給部２２は、第２の気化器２２である。第２の気化器２２は、ＯＤＡよりなる第２の原料を加熱して気化させ、気化して得られたＯＤＡガスよりなる第２の原料ガスを窒素ガス（Ｎ２ガス）よりなる第２のキャリアガスとともにチャンバー１１に供給する。第２のキャリアガスは、ＯＤＡガスよりなる第２の原料ガスを搬送するためのものであるとともに、液体状態のＯＤＡをバブリングするためのものでもある。
【００２７】
第１の原料ガス供給部２１から供給されたＰＭＤＡガス、及び、第２の原料ガス供給部２２から供給されたＯＤＡガスは、それぞれインジェクタ１３、１４を介してチャンバー１１内に供給され、ウェハＷ上において反応し、ポリイミド膜が成膜される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、一例としてウェハＷを複数枚積層するように保持した状態で一括して成膜処理を行うバッチ処理を行う成膜装置について説明する。しかし、成膜装置は、バッチ処理を行う成膜装置に限定するものではなく、ウェハＷを一枚ずつ成膜する枚葉処理を行う成膜装置であってもよい。
【００２９】
真空ポンプ２５は、チャンバー１１の排気口１５に接続するように設けられており、チャンバー１１からガスを排気する。真空ポンプ２５としては、ドライポンプであるルーツポンプ、スクリューポンプ等、また、ロータリーポンプ、スクロールポンプ等が用いられている。これらの真空ポンプは、排気量が大きくガスを流しながらの成膜に適しているからである。
【００３０】
なお、真空ポンプ２５は、本発明における排気機構に相当する。
【００３１】
トラップ部３０は、チャンバー１１から真空ポンプ２５に排気ガスが流れる排気流路５５の途中に設けられており、チャンバー１１から排出されたガス中から原料ガスを含む生成物を捕捉する。すなわち、排気口１５からの排気は、トラップ部３０を介し、真空ポンプ２５により排気される。トラップ部３０の詳細な構成については、後述する。
【００３２】
パージガス供給部５０は、チャンバー１１とトラップ部３０との間で排気流路５５に合流するように接続されており、排気流路５５にパージガスを供給する。また、圧力計５１は、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられている。
【００３３】
なお、チャンバー１１とトラップ部３０との間には、図２を用いて説明するように、第１の開閉バルブ６０が設けられていてもよい。第１の開閉バルブ６０は、チャンバー１１とトラップ部３０とを連通又は遮断するように設けられている。第１の開閉バルブ６０は、本発明における開閉弁部に相当する。
【００３４】
また、パージガス供給部５０は、第１の開閉バルブ６０で排気流路５５に合流するように接続されていてもよい。以下、図２を参照し、パージガス供給部５０が第１の開閉バルブ６０を介して排気流路５５に合流するように接続されている例について説明する。
【００３５】
図２は、本実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【００３６】
チャンバー１１から排出されたガスが真空ポンプ２５に流れる排気流路５５は、第１の排気流路５６、第２の排気流路５７、第３の排気流路５８、及び第４の排気流路５９を有する。
【００３７】
第１の排気流路５６は、チャンバー１１から排出されたガスがトラップ部３０に流れる流路である。第１の排気流路５６の途中には、前述した第１の開閉バルブ６０が設けられている。また、第１の排気流路５６には、第１の開閉バルブ６０と直列に第１の排気流路５６の流量を調整する第１の調整バルブＶＣ１が設けられている。そして、第１の排気流路５６は、トラップ部３０の後述するガス導入管３８及びガス導入口３９に接続されている。
【００３８】
第２の排気流路５７は、トラップ部３０から排出されたガスが真空ポンプ２５に流れる流路である。第２の排気流路５７は、トラップ部３０の後述するガス導出口４１及びガス導出管４０に接続されている。第２の排気流路５７の途中には、第２の開閉バルブＶ２が設けられている。第２の開閉バルブＶ２は、トラップ部３０と真空ポンプ２５とを連通又は遮断するように設けられている。また、第２の排気流路５７には、第２の開閉バルブＶ２と直列に第２の排気流路５７の流量を調整する第２の調整バルブＶＣ２が設けられている。
【００３９】
第３の排気流路５８は、第１の排気流路５６と第２の排気流路５７とをトラップ部３０を迂回するように接続する。第３の排気流路５８は、第１の排気流路５６の途中であって、第１の開閉バルブ６０よりもチャンバー１１側の第１の分岐点Ｄ１と、第２の排気流路５７の途中であって、第２の開閉バルブＶ２よりも真空ポンプ２５側の第２の分岐点Ｄ２とを接続する。第３の排気流路５８の途中には、第３の開閉バルブＶ３が設けられている。また、第３の開閉バルブＶ３よりも真空ポンプ２５側の第３の排気流路５８、又は、分岐点Ｄ２よりも真空ポンプ２５側の第２の排気流路５７には、第３の排気流路５８の流量を調整するモータバルブＶＭが設けられている。第３の排気流路５８は、トラップ部３０を排気した後、チャンバー１１の排気を開始する際に、トラップ部３０にチャンバー１１の大気が一気に流れ、トラップ部３０に堆積している生成物が巻き上げられることを防止するための流路である。
【００４０】
第４の排気流路５９は、第２の開閉バルブＶ２及び第２の調整バルブＶＣ２を迂回してトラップ部３０と真空ポンプ２５とを接続するように設けられている。第４の排気流路５９は、トラップ部３０に形成された第２の導出口４４と、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭよりも真空ポンプ２５側の第３の分岐点Ｄ３とを接続する。第４の排気流路５９の途中には、第４の開閉バルブＶ４が設けられている。
【００４１】
次に、図２及び図３を参照し、トラップ部３０について説明する。図３は、本実施の形態に係る成膜装置におけるトラップ部３０の構成を示す縦断面図である。なお、図３では、第２の導出口４４の図示を省略している。
【００４２】
トラップ部３０は、トラップ容器３１と、ガス導入部３２と、ガス導出部３３と、トラップ板３４とを有する。
【００４３】
トラップ容器３１は、上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とを有する。上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とは、例えば図示しないＯリングを介し接続されている。
【００４４】
ガス導入部３２は、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導入部３２は、ガス導入管３８及びガス導入口３９を有する。ガス導入管３８は、トラップ容器３１の上面部３５を上方から下方へ貫通するように設けられている。ガス導入管３８の上方側は、第１の開閉バルブ６０を介してチャンバー１１と接続されており、ガス導入管３８の下端には、トラップ容器３１内に開口するガス導入口３９が設けられている。チャンバー１１より排出された排気ガスは、ガス導入口３９を介しトラップ容器３１に流れこむ。
【００４５】
ガス導出部３３も、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導出部３３は、ガス導出管４０及びガス導出口４１を有する。ガス導出管４０は、トラップ容器３１の上面部３５を下方から上方へ貫通するように設けられており、ガス導出管４０の下端には、トラップ容器３１内に開口するガス導出口４１が設けられている。ガス導出管４０の上方側は、真空ポンプ２５に接続されており、トラップ容器３１内の排気ガスは、ガス導出口４１を介し真空ポンプ２５に排気される。
【００４６】
トラップ板３４は、トラップ容器３１の内部であって、ガス導入口３９が設けられている高さ位置Ｐ１よりも上方の高さ位置Ｐ２に、略水平に設けられている。すなわち、トラップ板３４は、トラップ容器３１の内部であって、ガス導入部３２がトラップ容器３１内に排気ガスを導入する高さ位置Ｐ１よりも上方の高さ位置Ｐ２に、略水平に設けられている。
【００４７】
また、トラップ板３４は、ガス導出口４１が設けられている高さ位置Ｐ３よりも上方の高さ位置Ｐ２に設けられていてもよい。図３に示す例では、ガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１とは、略等しい高さであるため、トラップ板３４は、ガス導入口３９及びガス導出口４１が設けられている高さ位置Ｐ１、Ｐ３よりも上方の高さ位置Ｐ２に設けられている。
【００４８】
トラップ容器３１の内部であって、トラップ板３４の上面側には、冷却機構としての水冷パイプ４３が設けられている。水冷パイプ４３は、例えばトラップ板３４の上面側に近接してスパイラル状に形成されている。水冷パイプ４３には、水冷パイプ４３に冷却水を導入する図示しない導入口、冷却水を排出する図示しない導出口が設けられている。そして、図示しない冷却水供給源から導入口を介して水冷パイプに冷却水が通流され、導出口を介して外部に冷却水が排出される。水冷パイプ４３は、排気ガスを冷却する機能を有している。
【００４９】
ガス導入口３９よりトラップ容器３１に流入した、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを含むガスは、トラップ容器３１内で拡散する。このとき、トラップ板３４の上面側に水冷パイプ４３が設けられているため、トラップ板３４が冷却される。冷却されたトラップ板３４によってＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスは冷却され、トラップ板３４の下面で凝固し、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれかを含む生成物Ｃとして析出する。析出した生成物Ｃは、トラップ板３４の下面より剥離し、トラップ容器３１の底面部３７に落下し堆積する。そして、生成物Ｃが捕捉された残りのガスは、ガス導出口４１に向かって流れる。
【００５０】
なお、本実施の形態におけるトラップ部３０は、下方向が重力の働く方向と同じ方向となるよう設置されている。ただし、本実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、方向は若干異なっていてもよい。
【００５１】
本実施の形態におけるトラップ部３０では、トラップ板３４は、略水平に設けられている。これにより、トラップ板３４の下面で凝固し、析出した生成物Ｃを、トラップ容器３１の底面部３７に落下させることができる。そして、トラップ板３４の下面で析出した生成物Ｃが、トラップ板３４に付着し続けないため、常に略同一の冷却状態が保たれる。
【００５２】
なお、トラップ容器３１内を流れるガスの速度が、底面部３７に堆積している生成物が巻き上げられる速度範囲よりも小さな速度になるように、真空ポンプ２５の排気速度が設定される。また、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１、ガス導出口４１の高さ位置Ｐ３、トラップ板３４の高さ位置Ｐ２は、ガスの速度を考慮して設計されている。例えば、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１又はガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と底面部３７との間隔を狭くすると、流れるガスが底面部３７の内側に堆積しているＰＭＤＡ及びＯＤＡを巻き上げやすくなる。そのため、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１又はガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と底面部３７との間隔は、堆積している生成物が巻き上げられる距離範囲よりも大きな距離にすることが好ましい。
【００５３】
また、トラップ容器３１の底面部３７には、図示しない異物取り出し部が設けられており、堆積した生成物は、この異物取り出し部より取り出すことが可能であり、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００５４】
また、トラップ部３０には、ヒーター等の不図示の温度調節機構が設けられ、トラップ部３０が所定の温度となるように、後述する制御部８０により温度が制御されてもよい。
【００５５】
本実施の形態では、トラップ部３０は、チャンバー１１から排出されたガス中から原料ガスであるＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物を析出させることによって、原料ガスを捕捉するためのものである。トラップ部３０は、後述する制御部８０により、水冷パイプ４３に流れる水の温度、流量を調整することによって、トラップ部３０の温度が、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物が析出する反応が生ずる温度範囲になるように、調整される。例えば、トラップ部３０の設定温度は、１２０℃以下に設定されている。
【００５６】
トラップ部３０をチャンバー１１と真空ポンプ２５との間に設けることにより、真空ポンプ２５内にポリイミド等の生成物が付着して故障することを防止できる。
【００５７】
次に、図４を参照し、第１の開閉バルブ６０について説明する。図４は、第１の開閉バルブ６０の構成を模式的に示す断面図である。
【００５８】
第１の開閉バルブ６０は、開口部６１、開閉部６２、駆動部６３、パージガス導入部６４を有する。
【００５９】
開口部６１は、上側開口部６５、下側開口部６６を有する。上側開口部６５及び下側開口部６６は、開閉部６２を上下から挟むように設けられており、互いに等しい内径の開口６５ａ、６６ａが形成されている。開閉部６２は、上側開口部６５、下側開口部６６に形成された開口６５ａ、６６ａと略等しい径を有する開口が形成された連通部６７と、上側開口部６５、下側開口部６６を塞ぐ遮断部６８とが設けられるとともに、横方向に移動可能に設けられている。駆動部６３は、モータ部６９及び変換部７０とを有する。モータ部６９は、回転駆動力を発生する。変換部７０は、モータ部６９と開閉部６２とを連結するように設けられており、モータ部６９が発生した回転駆動力を横方向の駆動力に変換する。駆動部６３は、モータ部６９の回転駆動力を変換部７０により横方向の駆動力に変換し、開閉部６２を横方向に移動駆動させることによって、上側開口部６５と下側開口部６６とを連通又は遮断する。
【００６０】
パージガス導入部６４は、第１の開閉バルブ６０が開いている状態で、開閉部６２と開口部６１との隙間からパージガスを第１の排気流路５６に導入する。図２を用いて前述したように、パージガス導入部６４は、パージガス供給流路５２を介してパージガス供給部５０に接続されている。これにより、パージガス供給部５０は、第１の開閉バルブ６０を介して排気流路５５に合流するように接続されている。また、パージガス供給流路５２の途中には、パージガス導入部６４とパージガス供給部５０とを連通又は遮断するバルブ５３が設けられている。
【００６１】
第１の開閉バルブ６０は、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物が付着しないように、２００℃以上のできるだけ高い温度に設定されていることが好ましく、耐熱性を考慮して２００〜２６０℃の温度に設定されている。また、コンダクタンスを低下させないよう開口部６１の開口径が大きいことが好ましい。
【００６２】
図２を用いて前述したように、圧力計５１は、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられている。圧力計５１が設けられている部分では、パージガス供給流路５２の配管径が小さくなっている。そのため、排気ガスがパージガス供給流路５２に逆流すると、析出した生成物がパージガス供給流路５２の配管内に付着し、配管を詰まらせるおそれがある。従って、パージガス導入部６４における流路の形状及び流量は、第１の開閉バルブ６０から、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量にすることが好ましい。そのため、パージガス導入部６４において、パージガスの流れが乱流であって、かつ、パージガスの流速が音速を超えないことが好ましい。
【００６３】
以下では、図４及び図５を参照し、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量の好ましい範囲について説明する。図５は、流量を計算するために仮定したパージガスの流路空間のモデルを示す斜視図である。
【００６４】
図４において破線で囲まれた領域Ｉにおいて、上側開口部６５と下側開口部６６とに挟まれたドーナツ形状の流路空間Ｉを外周側から内周側へ向かってパージガスが流れるものとする。ここで、上側開口部６５と下側開口部６６との間隔をＤ（ｍ）とし、上側開口部６５及び下側開口部６６の径方向の幅をＬ（ｍ）とする。ただし、図４及び図５では、後述する第２の実施の形態と区別するために、間隔ＤをＤ１と表し、幅ＬをＬ１と表す。そして、流路空間Ｉを、上側開口部６５及び下側開口部６６の周縁部の径方向に沿って延在する管径（内径）Ｄ１（ｍ）、管長（長さ）Ｌ１（ｍ）の供給管ＴＢに分割する。すなわち、流路空間Ｉは、上側開口部６５及び下側開口部６６の径方向に沿って延在する供給管ＴＢが、上側開口部６５及び下側開口部６６の周方向に沿ってＮ本並べられて構成されているものと仮定する。そして、供給管ＴＢにおける圧力をＰ（Ｐａ）、温度をＴ（Ｋ）、流量をＱ（ｓｃｃｍ）、流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、音速をａ（ｍ／ｓｅｃ）とする。このとき、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような間隔Ｄ（＝Ｄ１）及び流量Ｑ（ｓｃｃｍ）の好ましい範囲を求める。
【００６５】
なお、図５のモデルにおいて、供給管ＴＢの断面積をＡ１、本数をＮとすると、Ｖ＝Ｑ／（N×Ａ１）である。すなわち、流量Ｑは、Ｖ×Ａ１で表される供給管ＴＢの１本当たりの流量ｑをＮ本分合計して得られる値である。
【００６６】
まず、圧力Ｐ、温度Ｔ、長さＬを
圧力；Ｐ＝１０Ｐａ
温度；Ｔ＝４００Ｋ
長さ；Ｌ＝Ｌ１＝０．００４ｍ
と仮定する。
【００６７】
パージガス導入部６４においてパージガスの流れが乱流であるためには、下記式（１）
Ｒｅ＝ＶＬ／ν （１）
で表されるレイノルズ数Ｒｅが、下記式（２）
Ｒｅ＞４０００ （２）
で表されるように、４０００を超えることが好ましい。ただし、νは、パージガスの動粘度（単位；ｍ２／ｓ）であり、４００Ｋ、１０Ｐａでの値として４．０５×１０−５（ｍ２／ｓ）を用いた。
【００６８】
また、パージガスの流速が音速を超えないためには、下記式（３）
ａ＝（ｋＲＴ）０．５ （３）
で表される音速ａ（ｍ／ｓｅｃ）を用いて、下記式（４）
Ｍａｃｈ＝Ｖ／ａ （４）
で表されるマッハ数Ｍａｃｈが、下記式（５）
Ｍａｃｈ＜１ （５）
で表されるように、１未満であることが好ましい。ただし、ｋはボルツマン定数１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋ、Ｒは８．３１Ｊ／Ｋ／ｍｏｌであり、上記した温度Ｔでは、
音速；ａ＝４．０８×１０２ｍ／ｓｅｃ
である。
【００６９】
図６は、横軸に流量Ｑを表し、縦軸に間隔Ｄ１を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。図６において、直線ＬＮ１は、Ｒｅ＝４０００を表し、直線ＬＮ２は、Ｖ＝ａを表す。このとき、直線ＬＮ１より下側の領域が式（２）を満たす領域であり、乱流となる範囲である。また、直線ＬＮ２より上側の領域が式（５）を満たす領域であり、音速未満の範囲である。従って、直線ＬＮ１と直線ＬＮ２とに挟まれた、ハッチングを付した領域Ｓ１が、式（２）及び式（５）を満たす領域である。
【００７０】
例えば、流量Ｑを１００ｓｃｃｍとし、間隔Ｄ１を０．６２５ｍｍとする設定点ＰＮＴ１は、領域Ｓ１に含まれる。従って、流量Ｑを１００ｓｃｃｍとし、間隔Ｄ１を０．６２５ｍｍとすることによって、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量の条件を満たすことができる。
【００７１】
排気流路５５のパージガス供給部５０が接続されている部分である第１の開閉バルブ６０には、ヒーター７１が設けられていてもよい。ヒーター７１は、第１の開閉バルブ６０を加熱するためのものである。ヒーター７１は、後述する制御部８０により、第１の開閉バルブ６０を、生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する。具体的には、第１の開閉バルブ６０を、２００〜２６０℃に加熱する。これにより、第１の開閉バルブ６０の内部に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれか１種以上を含む生成物が析出して付着し、第１の開閉バルブ６０の内部が狭窄することを防止できる。なお、ヒーター７１は、本発明における加熱機構に相当する。
【００７２】
制御部８０は、例えば、図示しない演算処理部、記憶部及び表示部を有する。演算処理部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータである。記憶部は、演算処理部に、各種の処理を実行させるためのプログラムを記録した、例えばハードディスクにより構成されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。表示部は、例えばコンピュータの画面よりなる。演算処理部は、記憶部に記録されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、供給機構２０、真空ポンプ２５、トラップ部３０、パージガス供給部５０、及び圧力計５１に制御信号を送り、後述するような成膜処理を実行する。
【００７３】
次に、図７から図１０を参照し、本実施の形態に係る成膜装置における成膜処理の一例について説明する。
【００７４】
図７から図１０は、本実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の排気流路及びバルブの状態を示す図である。
【００７５】
なお、図７から図１０では、便宜的に、排気流路の排気流量の大きさを３段階に分け、流量が０の部分を白抜きにより表示し、流量が小流量の部分を薄いハッチングを付して表示し、流量が大流量の部分を濃いハッチングを付して表示する。また、いったん高真空まで排気された部分については、その後の排気流量の大きさに関わらず、流量が大流量の部分と同様の濃いハッチングを付して表示するものとする。
【００７６】
また、図７から図１０では、第１の開閉バルブ６０、第２の開閉バルブＶ２、第３の開閉バルブＶ３、及びモータバルブＶＭの開度の大きさを３段階に分け、完全に閉じている状態のバルブを白抜きにより表示し、開度が調整されている状態のバルブを薄いハッチングを付して表示し、完全に開いている状態のバルブを濃いハッチングを付して表示する。
【００７７】
なお、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２は、例えばニードルバルブよりなり、予め開度が調整された状態であって、調整された開度が図７から図１０に示す工程では、変更されないものであってもよい。以下では、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２の開度は調整された状態であって、変更されない例について説明する。また、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２は調整された状態で開いているものの、白抜きにより表示するものとする。
【００７８】
図７に示す工程では、第４の開閉バルブＶ４、モータバルブＶＭを閉じた状態で、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと真空ポンプ２５との間の部分、第４の排気流路５９の第４の開閉バルブＶ４と第３の分岐点Ｄ３との間の部分を排気する。このとき、図７で濃いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと真空ポンプ２５との間の部分、及び、第４の排気流路５９の第４の開閉バルブＶ４と第３の分岐点Ｄ３との間の部分における流量は、大流量である。そして、図７における濃いハッチングを付した部分は、例えば３０ｓｅｃ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００７９】
次いで、図８に示す工程では、トラップ容器３１の内部を粗引きする。モータバルブＶＭ、第１の開閉バルブ６０及び第２の開閉バルブＶ２を閉じた状態で、第４の開閉バルブＶ４を開く。そして、真空ポンプ２５により、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とトラップ容器３１との間の部分、第２の排気流路５７の第２の開閉バルブＶ２とトラップ容器３１との間の部分を排気する。このとき、図８で薄いハッチングを付して示すように、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とトラップ容器３１との間の部分、及び第２の排気流路５７の第２の開閉バルブＶ２とトラップ容器３１との間の部分における流量は、小流量である。そして、図８における薄いハッチングを付した部分は、例えば１２０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８０】
そして、図９に示す工程を行う前に、チャンバー１１にウェハＷを搬入する。図１に示した成膜装置１０の例では、例えばウェハボート１２をチャンバー１１の下側外方に下降させ、下降したウェハボート１２にウェハＷを載置し、ウェハＷを載置したウェハボート１２を再び上昇してチャンバー１１内に挿入することにより、ウェハＷを搬入することができる。
【００８１】
次いで、図９に示す工程では、高真空まで排気されたトラップ容器３１の内部を真空ポンプ２５から遮断するとともに、チャンバー１１の内部を粗引きする。第１の開閉バルブ６０及び第２の開閉バルブＶ２を閉じた状態で、第４の開閉バルブＶ４を閉じ、第３の開閉バルブＶ３を開き、モータバルブＶＭの開度を調整する。そして、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと第２の開閉バルブＶ２との間の部分、第３の排気流路５８、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とチャンバー１１との間の部分、及びチャンバー１１の内部を排気する。このとき、図９で薄いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと第２の開閉バルブＶ２との間の部分、第３の排気流路５８、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とチャンバー１１との間の部分、及びチャンバー１１の内部における流量は、小流量である。そして、図９における薄いハッチングを付した部分は、例えば６０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８２】
次いで、図１０に示す工程では、チャンバー１１の内部を高真空まで排気する。第４の開閉バルブＶ４を閉じた状態で、第３の開閉バルブＶ３を閉じ、モータバルブＶＭ、第２の開閉バルブＶ２、第１の開閉バルブ６０を開く。そして、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６を介して、チャンバー１１の内部を排気する。このとき、図１０で濃いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６及びチャンバー１１の内部における流量は、大流量である。そして、図１０における濃いハッチングを付した部分は、例えば１０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８３】
図１０に示す工程の後、ポリイミド膜を成膜する。バルブ２３を開き、第１の原料ガス供給部２１により、ＰＭＤＡガスをチャンバー１１に供給する。また、バルブ２４を開き、第２の原料ガス供給部２２により、ＯＤＡガスをチャンバー１１に供給する。そして、ウェハＷの表面でＰＭＤＡとＯＤＡを重合反応させ、ポリイミド膜を成膜する。
【００８４】
このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（６）に従う。
【００８５】
【化１】
ポリイミド膜を成膜する際、圧力計５１により、チャンバー１１の内部の圧力を測定できる。そして、供給機構２０によるＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスの供給量を制御した状態で、測定したチャンバー１１の内部の圧力に基づいて、制御部８０により、チャンバー１１の内部の圧力が所定の圧力になるように真空ポンプ２５の排気量を制御する。これにより、ポリイミド膜を安定に成膜することができる。
【００８６】
その後、第３の開閉バルブＶ３を閉じた状態で、第１の開閉バルブ６０を閉じ、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間を遮断する。そして、図示しないチャンバー用パージガス供給部によりパージガスを供給し、チャンバー１１の内部の圧力を所定圧力例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に復圧する。チャンバー１１の内部を大気圧に復圧した後、例えばウェハボート１２をチャンバー１１の下側外方に下降させ、下降したウェハボート１２からウェハＷを取り外し、ウェハＷを取り外したウェハボート１２を再び上昇してチャンバー１１内に挿入することにより、ウェハＷを搬出することができる。
【００８７】
次に、本実施の形態に係る成膜装置が、圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積を増大させないこと、また、プリトラップ部を設けた場合と比べてメンテナンスを行う時間間隔を略等しくできることを、比較例に係る成膜装置１１０と対比して説明する。
【００８８】
比較例に係る成膜装置１１０は、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間の第１の排気流路５６に、プリトラップ部１２０を有する点、圧力計５１が第１の排気流路５６に直接設けられている点、及びトラップ部１３０のガス導出部１３３がトラップ容器３１の底面部３７に設けられている点で、本実施の形態に係る成膜装置と相違する。従って、プリトラップ部１２０、圧力計５１及びトラップ部１３０以外の部分についての説明を省略する。
【００８９】
図１１は、比較例に係る成膜装置１１０のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。図１２は、比較例に係る成膜装置１１０におけるトラップ部１３０の構成を示す縦断面図である。
【００９０】
プリトラップ部１２０は、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間に設けられている。プリトラップ部１２０は、チャンバー１１とトラップ部１３０との間の第１の排気流路５６に圧力計５１が直接設けられているときに、圧力計５１の内部に生成物が付着することを防止するためのものである。また、チャンバー１１と圧力計５１との間で予め生成物を捕捉するためのものである。
【００９１】
プリトラップ部１２０は、後述するトラップ部１３０と同様の構造であってもよく、或いは、筐体の内部において、ガスの流れに対して略垂直となるよう多段に配置されたフィンを有するものであってもよい。
【００９２】
また、圧力計５１は、第１の排気流路５６に直接設けられている。そのため、圧力計５１には、例えば２００℃程度の高温における耐熱性が要求される。
【００９３】
一方、本実施の形態に係る成膜装置１０では、プリトラップ部が設けられていないため、比較例に係る成膜装置よりもプリトラップ部の分だけ設置面積を削減できる。また、圧力計５１は、第１の排気流路５６に直接設けられておらず、第１の排気流路５６に合流するパージガス供給流路５２の途中に設けられている。そのため、圧力計５１に耐熱性は要求されず、かつ、設置面積を増大させない成膜装置を提供することができる。
【００９４】
また、比較例に係る成膜装置におけるトラップ部１３０は、トラップ容器３１と、ガス導入部３２と、ガス導出部１３３と、隔壁部１３４とを有する。
【００９５】
トラップ容器３１は、上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とを有する。上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とは、例えば図示しないＯリングを介し接続されている。
【００９６】
ガス導入部３２は、本実施の形態のトラップ部３０と同様に、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導入部３２は、ガス導入管３８及びガス導入口３９を有する。
【００９７】
ガス導出部１３３は、本実施の形態のトラップ部３０とは異なり、トラップ容器３１の底面部３７に設けられている。ガス導出部１３３は、ガス導出管４０及びガス導出口４１を有する。ガス導出管４０は、トラップ容器３１の底面部３７を上方から下方へ貫通するように設けられており、ガス導出管４０の上端には、トラップ容器３１内に開口するガス導出口４１が設けられている。ガス導出管４０の下方側は、真空ポンプ２５に接続されており、トラップ容器３１内の排気ガスは、ガス導出口４１を介し真空ポンプ２５に排気される。
【００９８】
隔壁部１３４は、隔壁１３５、１３６を有する。隔壁１３５はトラップ容器３１の底面部３７と接続されており、隔壁１３６はトラップ容器３１の上面部３５と接続されている。これにより、トラップ容器３１の側面部３６の内側と隔壁１３５により流路１３７が形成され、隔壁１３５と隔壁１３６により流路１３８が形成され、隔壁１３６とガス導出管４０により流路１３９が形成されている。
【００９９】
流路１３８には、冷却機構としての水冷パイプ４３が設けられている。水冷パイプ４３は、排気ガスを冷却する機能を有している。
【０１００】
ガス導入口３９よりトラップ容器３１の内部に流入したＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを含むガスは、トラップ容器３１の側面部３６と隔壁１３５により形成される流路１３７を、上方向に流れる。その後、ガスは、隔壁１３５と隔壁１３６により形成された流路１３８を下方向に流れる。
【０１０１】
比較例では、水冷パイプ４３により隔壁１３５も冷却されているため、流路１３７において、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスは、水冷パイプ４３が設けられている流路１３８に到達する前に、流路１３７において隔壁１３５の側面で凝固して生成物Ｃとして析出する。そして、析出した生成物Ｃは、隔壁１３５の側面より剥離し、トラップ容器３１の側面部３６と隔壁１３５との間における底面部３７に落下し堆積する。
【０１０２】
すなわち、比較例では、トラップ容器３１の底面部３７のうち、隔壁１３５で囲まれた部分には、生成物が堆積することはほとんどない。従って、底面部３７の面積をＳ０とし、側面部３６と隔壁１３５とで囲まれた部分の面積をＳ１とし、メンテナンスを行うときの生成物の堆積高さをＨとするとき、生成物が堆積可能な体積は、Ｓ１×Ｈである。
【０１０３】
一方、本実施の形態では、トラップ容器３１の底面部３７の全面に、生成物が堆積する。従って、底面部３７の面積をＳ０とし、メンテナンスを行うときの生成物の堆積高さをＨとするとき、生成物が堆積可能な体積は、Ｓ０×Ｈである。
【０１０４】
例えばＳ１がＳ０の半分であるとし、比較例のプリトラップ部１２０における生成物が堆積可能な体積も、トラップ部１３０における生成物が堆積可能な体積に略等しいものとする。すると、本実施の形態のトラップ部３０における生成物が堆積可能な体積（以下単に「体積」という。）は、比較例のトラップ部１３０における体積とプリトラップ部１２０における体積との合計と略等しい。すなわち、本実施の形態では、プリトラップ部を設けていないものの、トラップ部３０のガス導入部３２とガス導出部３３とをトラップ容器３１の上面部３５に設けることにより、メンテナンスの時間間隔を、プリトラップ部を設けた場合と略等しくすることができる。
【０１０５】
本実施の形態に係る成膜装置における圧力計５１が測定した圧力測定値が、チャンバー１１の圧力の変化に追従しており、かつ、安定して測定できることの評価を行った。以下、その評価結果について説明する。
【０１０６】
図１３は、評価を行った成膜装置のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【０１０７】
評価を行った成膜装置では、本実施の形態に係る成膜装置に加え、第１の排気流路５６の途中であって、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間に、プリトラップ部１２０を設けた。また、第１の排気流路５６上であって、チャンバー１１の近傍に、モニタ用圧力計５４を設けた。そして、図１０を用いて説明したようにチャンバー１１を排気している状態で、供給機構２０からキャリアガスを流し、キャリアガスの流量を変化させたときに、モニタ用圧力計５４及び圧力計５１により圧力を測定した。測定した圧力の時間依存性を図１４のグラフに示す。
【０１０８】
図１４には、モニタ用圧力計５４が測定した圧力の時間依存性、パージガス供給部５０からのパージガスの流量が１０ｓｃｃｍであるときに圧力計５１が測定した圧力の時間依存性、及び、パージガス供給部５０からのパージガスの流量が０ｓｃｃｍであるときに圧力計５１が測定した圧力の時間依存性を示す。ただし、圧力計５１が測定した圧力を左側縦軸に示し、モニタ用圧力計５４が測定した圧力を右側縦軸に示している。また、図１４には、キャリアガスの流量（単位；ＳＬＭ）も示している。例えば破線で囲まれた領域IIに示すように、キャリアガスの流量を０．８ＳＬＭから１．０ＳＬＭに増加させたとき、モニタ用圧力計５４が測定する圧力が増加するのと略同時に、圧力計５１が測定する圧力も増加する。また、例えば破線で囲まれた領域IIIに示すように、キャリアガスの流量が一定であるときは、モニタ用圧力計５４が測定する圧力、及び、圧力計５１が測定する圧力は、略一定である。従って、パージガス供給流路５２の途中に設けられた圧力計による場合でも、第１の排気流路５６のチャンバー１１の近傍に設けられた圧力計と同様に、チャンバー１１の内部の圧力を、変化に追従しつつ、安定して測定できることが分かる。
（第２の実施の形態）
次に、図１５を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置について説明する。
【０１０９】
本実施の形態に係る成膜装置は、パージガス供給部が、第１の開閉バルブを介して排気流路に合流するようには接続されていない点で、第１の実施の形態に係る成膜装置と相違する。それ以外の部分については、第１の実施の形態に係る成膜装置と同様であり、説明を省略する。
【０１１０】
図１５は、本実施の形態に係る成膜装置１０ａのうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【０１１１】
本実施の形態では、パージガス供給部５０ａは、第１の開閉バルブ６０を介して第１の排気流路５６に合流するように接続されていない。しかし、パージガス供給部５０ａは、第１の排気流路５６のチャンバー１１の近傍に接続されている。すなわち、パージガス供給部５０ａは、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間で第１の排気流路５６に合流するように接続されている。
【０１１２】
本実施の形態でも、圧力計５１ａが、パージガス供給部５０ａから第１の排気流路５６にパージガスが流れるパージガス供給流路５２ａの途中に設けられている。圧力計５１ａが設けられている部分では、パージガス供給流路５２ａの配管径が小さくなっている。そのため、排気ガスがパージガス供給流路５２ａに逆流すると、析出した生成物がパージガス供給流路５２ａの配管内に付着し、配管を詰まらせるおそれがある。従って、パージガス供給流路５２ａにおける流路の形状及び流量は、第１の排気流路５６から、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量にすることが好ましい。そのため、パージガス供給流路５２ａにおいて、パージガスの流れが乱流であって、かつ、パージガスの流速が音速を超えないことが好ましい。
【０１１３】
以下では、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量の好ましい範囲について説明する。
【０１１４】
図１５において破線で囲まれた領域IVにおいて、パージガス供給流路５２ａの配管径Ｄ（ｍ）を管径（内径）とし、パージガス供給流路５２ａの配管長Ｌ（ｍ）を長さとする供給管IVにより、パージガスが第１の排気流路５６に供給されるものとする。ただし、図１５では、前述した第１の実施の形態と区別するために、内径ＤをＤ２と表し、長さＬをＬ２として表す。そして、供給管IVにおける圧力をＰ（Ｐａ）、温度をＴ（Ｋ）、流量をＱ（ｓｃｃｍ）、流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、音速をａ（ｍ／ｓｅｃ）とする。このとき、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような長さＬ（＝Ｌ２）及び流量Ｑ（ｓｃｃｍ）の好ましい範囲を求める。
【０１１５】
なお、供給管IVの断面積をＡ２とすると、Ｖ＝Ｑ／Ａ２である。
【０１１６】
まず、圧力Ｐ、温度Ｔ、内径Ｄを
圧力；Ｐ＝１０Ｐａ
温度；Ｔ＝４００Ｋ
内径；Ｄ＝Ｄ２＝０．０１０ｍ
と仮定する。
【０１１７】
パージガス供給流路５２ａにおいてパージガスの流れが乱流であるためには、前述した式（１）で表されるレイノルズ数Ｒｅが、前述した式（２）で表されるように、４０００を超えることが好ましい。
【０１１８】
また、パージガスの流速が音速を超えないためには、前述した式（３）で表される音速ａ（ｍ／ｓｅｃ）を用いて前述した式（４）で表されるマッハ数Ｍａｃｈが、前述した式（５）で表されるように、１未満であることが好ましい。
【０１１９】
図１６は、横軸に流量Ｑを表し、縦軸に長さＬ２を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。図１６において、曲線ＣＬＮ１は、Ｒｅ＝４０００を表し、直線ＬＮ３は、Ｖ＝ａを表す。このとき、曲線ＣＬＮ１より右側の領域が式（２）を満たす領域であり、乱流となる範囲である。また、直線ＬＮ３より左側の領域が式（５）を満たす領域であり、音速未満の範囲である。従って、曲線ＣＬＮ１と直線ＬＮ３とに挟まれた、ハッチングを付した領域Ｓ２が、式（２）及び式（５）を満たす領域である。
【０１２０】
例えば、流量Ｑを１０ｓｃｃｍとし、長さＬ２を１０ｍｍとする設定点ＰＮＴ２は、領域Ｓ２に含まれる。従って、流量Ｑを１０ｓｃｃｍとし、長さＬ２を１０ｍｍとすることによって、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量の条件を満たすことができる。
【０１２１】
第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分には、ヒーター７１が設けられていてもよい。ヒーター７１は、制御部８０により、第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分を、生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する。これにより、第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分の内部に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれか１種以上を含む生成物が析出して付着し、内部が狭窄することを防止できる。
【０１２２】
本実施の形態でも、プリトラップ部が設けられていないため、プリトラップ部の分だけ設置面積を削減できる。また、圧力計５１ａは、第１の排気流路５６に直接設けられておらず、第１の排気流路５６に合流するパージガス供給流路５２ａの途中に設けられている。そのため、圧力計５１ａに耐熱性は要求されず、かつ、設置面積を増大させない成膜装置を提供することができる。
【０１２３】
また、本実施の形態でも、プリトラップ部を設けていないものの、トラップ部３０のガス導入部３２とガス導出部３３とをトラップ容器３１の上面部３５に設けることにより、メンテナンスの時間間隔を、プリトラップ部を設けた場合と略等しくすることができる。
【０１２４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１２５】
なお、上述した実施の形態では、成膜容器に芳香族酸二無水物よりなる第１の原料を気化した第１の原料ガスと、芳香族ジアミンよりなる第２の原料を気化した第２の原料ガスとを、供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置について説明した。しかし、第１の原料は、芳香族酸二無水物に限定されず、第２の原料は、芳香族ジアミンに限定されない。
【０１２６】
また、上述した実施の形態では、成膜容器に第１の原料ガスと第２の原料ガスとを供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置について説明した。しかし、２種類の原料ガスを供給する場合に限定されない。従って、本発明は、１種類の原料ガスを供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０、１０ａ 成膜装置
１１ チャンバー
２０ 供給機構
２１ 第１の原料ガス供給部（第１の気化器）
２２ 第２の原料ガス供給部（第２の気化器）
２５ 真空ポンプ
３０ トラップ部
５０ パージガス供給部
５１ 圧力計
５２ パージガス供給流路
５５ 排気流路
６０ 第１の開閉バルブ
８０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にポリイミド膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低い。従って、基板の表面にポリイミドを成膜して得られるポリイミド膜は、絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして例えばピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と、例えば４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ；別名４，４'−ジアミノジフェニルエーテル）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている。蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを昇華させて基板の表面で重合させる方法である（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ＰＭＤＡ及びＯＤＡのモノマーを気化器で蒸発させ、蒸発させたそれぞれの蒸気を蒸着重合室に供給し、基板上で蒸着重合させてポリイミド膜を成膜する成膜方法が開示されている。
【０００５】
このような蒸着重合による成膜方法においては、基板上での蒸着重合に寄与することのなかった原料モノマーが、蒸着重合室を排気するための真空ポンプ内に析出することによって悪影響を与えることが知られている。そこで、水冷コイルを備えたトラップを有する成膜装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４２８３９１０号公報
【特許文献２】特開平５−１３２７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなＰＭＤＡガスとＯＤＡガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する成膜装置には、以下のような問題がある。
【０００８】
ＰＭＤＡガスとＯＤＡガスとを供給することによって基板の表面に安定してポリイミド膜を成膜するためには、基板の表面におけるＰＭＤＡガスとＯＤＡガスとよりなる原料ガスの供給量を一定にすることが望ましい。しかし、成膜容器を排気機構により排気する排気量が変動すると、成膜処理時の成膜容器内の圧力が変動する。また、成膜容器内の圧力が変動すると、原料ガスの供給量も変動する。従って、原料ガスの供給量を一定にするためには、成膜容器内の圧力を毎回正確に制御して安定したプロセス条件を得ることが必要である。成膜容器内の圧力を制御するためには、成膜容器又は成膜容器と排気機構との間の排気流路に圧力計を設け、圧力を測定することが必要である。また、圧力計が設けられた部分と排気機構との間の排気流路には、前述したトラップが設けられる。
【０００９】
ところが、成膜容器から排出される排気ガスの温度は例えば２６０℃程度の高温であり、排気ガスの温度が低下すると原料ガスを含む生成物が析出するため、トラップまでの排気流路を高温に保持する必要がある。従って、排気流路に設けられる圧力計には優れた耐熱性が要求される。しかし、このような耐熱性に優れた圧力計は少ない。
【００１０】
成膜容器と圧力計との間にプリトラップを設け、排気ガス中から原料ガスを含む生成物の一部をプリトラップにより捕捉し、圧力計が設けられた排気流路の部分の温度を少し下げることも考えられる。しかし、トラップが２台必要になるため、成膜装置の設置面積（フットプリント）が増大する問題がある。
【００１１】
また、上記した課題は、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスよりなる原料ガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する場合に限定されず、各種の原料ガスを基板に供給して各種の膜を成膜する場合にも共通する課題である。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、成膜容器の圧力を測定するための圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積を低減可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、成膜容器内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、前記基板に膜を成膜する成膜装置において、前記成膜容器に前記原料ガスを供給する供給機構と、前記成膜容器からガスを排気する排気機構と、前記成膜容器から前記排気機構にガスが流れる排気流路の途中に設けられており、前記原料ガスを含む生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ部と、前記成膜容器と前記トラップ部との間で前記排気流路に合流するように接続されており、前記排気流路にパージガスを供給するパージガス供給部と、前記パージガス供給部から前記排気流路にパージガスが流れるパージガス供給流路の途中に設けられた圧力計とを有する、成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、成膜装置において、成膜容器の圧力を測定するための圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積が低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。
【図２】第１の実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る成膜装置におけるトラップ部の構成を示す縦断面図である。
【図４】第１の開閉バルブの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】流量を計算するために仮定したパージガスの流路空間のモデルを示す斜視図である。
【図６】横軸に流量を表し、縦軸に間隔を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その１）である。
【図８】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その２）である。
【図９】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その３）である。
【図１０】第１の実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバーと真空ポンプとの間の排気流路及びバルブの状態を示す図（その４）である。
【図１１】比較例に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１２】比較例に係る成膜装置におけるトラップ部の構成を示す縦断面図である。
【図１３】評価を行った成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１４】モニタ用圧力計及び圧力計により測定した圧力の時間依存性を示すグラフである。
【図１５】第２の実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバーと真空ポンプとの間の構成を中心として模式的に示す図である。
【図１６】横軸に流量を表し、縦軸に長さを表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、芳香族酸二無水物よりなる第１の原料を気化した第１の原料ガスと、芳香族ジアミンよりなる第２の原料を気化した第２の原料ガスとを、成膜容器内に保持されている基板に供給することによって、基板にポリイミド膜を成膜する成膜装置である。
【００１８】
なお、芳香族酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物（Pyromellitic Dianhydride、以下「ＰＭＤＡ」と略す。）であることが好ましく、芳香族ジアミンは、例えば４，４'−オキシジアニリン（4,4'-Oxydianiline、以下「ＯＤＡ」と略す。また、別名４，４'−ジアミノジフェニルエーテルともいう。）であることが好ましい。また、ポリイミド膜を成膜する基板を、例えば半導体ウェハ（以下「ウェハＷ」という。）とすることができる。以下では、一例として、気化したＰＭＤＡガスと、気化したＯＤＡガスとを、成膜容器内に保持されているウェハＷに供給することによって、ウェハＷにポリイミド膜を成膜する成膜装置について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。
【００２０】
本実施の形態に係る成膜装置１０は、成膜容器１１、供給機構２０、真空ポンプ２５、トラップ部３０、パージガス供給部５０、圧力計５１、及び制御部８０を有する。
【００２１】
成膜装置１０は、真空ポンプ２５により排気が可能なチャンバー１１内にポリイミド膜が成膜されるウェハＷを複数保持することが可能なウェハボート１２を有している。また、チャンバー１１内には、気化したＰＭＤＡ（ＰＭＤＡガス）及び気化したＯＤＡ（ＯＤＡガス）を供給するためのインジェクタ１３及び１４を有している。このインジェクタ１３及び１４の側面には開口部が設けられており、気化器により気化したＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスが図面において矢印で示すようにウェハＷに供給される。供給されたＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスがウェハＷ上で蒸着重合反応することによりポリイミド膜が成膜される。なお、ポリイミド膜の成膜に寄与しないＰＭＤＡガス及びＯＤＡガス等は、そのまま流れ、排気口１５よりチャンバー１１の外に排出される。また、ウェハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるように、ウェハボート１２は、回転部１６により回転するよう構成されている。更に、チャンバー１１の外部には、チャンバー１１内のウェハＷを一定の温度に加熱するためのヒーター１７が設けられている。
【００２２】
ヒーター１７は、後述する制御部８０により、チャンバー１１の温度が、供給されたＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスがウェハＷ上で蒸着重合反応する温度範囲になるように、加熱される。具体的には、チャンバー１１の温度は、約２００℃に設定されている。
【００２３】
なお、チャンバー１１は、本発明における成膜容器に相当する。
【００２４】
供給機構２０は、チャンバー１１に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを供給する。供給機構２０は、第１の原料ガス供給部２１及び第２の原料ガス供給部２２を有する。第１の原料ガス供給部２１は、バルブ２３、導入部１８を介してインジェクタ１３に接続されている。第２の原料ガス供給部２２は、バルブ２４、導入部１８を介してインジェクタ１４に接続されている。
【００２５】
第１の原料ガス供給部２１は、第１の気化器２１である。第１の気化器２１は、ＰＭＤＡよりなる第１の原料を加熱して昇華（気化）させ、気化して得られたＰＭＤＡガスよりなる第１の原料ガスを窒素ガス（Ｎ２ガス）よりなる第１のキャリアガスとともにチャンバー１１に供給する。第１のキャリアガスは、ＰＭＤＡガスよりなる第１の原料ガスを搬送するためのものである。
【００２６】
第２の原料ガス供給部２２は、第２の気化器２２である。第２の気化器２２は、ＯＤＡよりなる第２の原料を加熱して気化させ、気化して得られたＯＤＡガスよりなる第２の原料ガスを窒素ガス（Ｎ２ガス）よりなる第２のキャリアガスとともにチャンバー１１に供給する。第２のキャリアガスは、ＯＤＡガスよりなる第２の原料ガスを搬送するためのものであるとともに、液体状態のＯＤＡをバブリングするためのものでもある。
【００２７】
第１の原料ガス供給部２１から供給されたＰＭＤＡガス、及び、第２の原料ガス供給部２２から供給されたＯＤＡガスは、それぞれインジェクタ１３、１４を介してチャンバー１１内に供給され、ウェハＷ上において反応し、ポリイミド膜が成膜される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、一例としてウェハＷを複数枚積層するように保持した状態で一括して成膜処理を行うバッチ処理を行う成膜装置について説明する。しかし、成膜装置は、バッチ処理を行う成膜装置に限定するものではなく、ウェハＷを一枚ずつ成膜する枚葉処理を行う成膜装置であってもよい。
【００２９】
真空ポンプ２５は、チャンバー１１の排気口１５に接続するように設けられており、チャンバー１１からガスを排気する。真空ポンプ２５としては、ドライポンプであるルーツポンプ、スクリューポンプ等、また、ロータリーポンプ、スクロールポンプ等が用いられている。これらの真空ポンプは、排気量が大きくガスを流しながらの成膜に適しているからである。
【００３０】
なお、真空ポンプ２５は、本発明における排気機構に相当する。
【００３１】
トラップ部３０は、チャンバー１１から真空ポンプ２５に排気ガスが流れる排気流路５５の途中に設けられており、チャンバー１１から排出されたガス中から原料ガスを含む生成物を捕捉する。すなわち、排気口１５からの排気は、トラップ部３０を介し、真空ポンプ２５により排気される。トラップ部３０の詳細な構成については、後述する。
【００３２】
パージガス供給部５０は、チャンバー１１とトラップ部３０との間で排気流路５５に合流するように接続されており、排気流路５５にパージガスを供給する。また、圧力計５１は、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられている。
【００３３】
なお、チャンバー１１とトラップ部３０との間には、図２を用いて説明するように、第１の開閉バルブ６０が設けられていてもよい。第１の開閉バルブ６０は、チャンバー１１とトラップ部３０とを連通又は遮断するように設けられている。第１の開閉バルブ６０は、本発明における開閉弁部に相当する。
【００３４】
また、パージガス供給部５０は、第１の開閉バルブ６０で排気流路５５に合流するように接続されていてもよい。以下、図２を参照し、パージガス供給部５０が第１の開閉バルブ６０を介して排気流路５５に合流するように接続されている例について説明する。
【００３５】
図２は、本実施の形態に係る成膜装置のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【００３６】
チャンバー１１から排出されたガスが真空ポンプ２５に流れる排気流路５５は、第１の排気流路５６、第２の排気流路５７、第３の排気流路５８、及び第４の排気流路５９を有する。
【００３７】
第１の排気流路５６は、チャンバー１１から排出されたガスがトラップ部３０に流れる流路である。第１の排気流路５６の途中には、前述した第１の開閉バルブ６０が設けられている。また、第１の排気流路５６には、第１の開閉バルブ６０と直列に第１の排気流路５６の流量を調整する第１の調整バルブＶＣ１が設けられている。そして、第１の排気流路５６は、トラップ部３０の後述するガス導入管３８及びガス導入口３９に接続されている。
【００３８】
第２の排気流路５７は、トラップ部３０から排出されたガスが真空ポンプ２５に流れる流路である。第２の排気流路５７は、トラップ部３０の後述するガス導出口４１及びガス導出管４０に接続されている。第２の排気流路５７の途中には、第２の開閉バルブＶ２が設けられている。第２の開閉バルブＶ２は、トラップ部３０と真空ポンプ２５とを連通又は遮断するように設けられている。また、第２の排気流路５７には、第２の開閉バルブＶ２と直列に第２の排気流路５７の流量を調整する第２の調整バルブＶＣ２が設けられている。
【００３９】
第３の排気流路５８は、第１の排気流路５６と第２の排気流路５７とをトラップ部３０を迂回するように接続する。第３の排気流路５８は、第１の排気流路５６の途中であって、第１の開閉バルブ６０よりもチャンバー１１側の第１の分岐点Ｄ１と、第２の排気流路５７の途中であって、第２の開閉バルブＶ２よりも真空ポンプ２５側の第２の分岐点Ｄ２とを接続する。第３の排気流路５８の途中には、第３の開閉バルブＶ３が設けられている。また、第３の開閉バルブＶ３よりも真空ポンプ２５側の第３の排気流路５８、又は、分岐点Ｄ２よりも真空ポンプ２５側の第２の排気流路５７には、第３の排気流路５８の流量を調整するモータバルブＶＭが設けられている。第３の排気流路５８は、トラップ部３０を排気した後、チャンバー１１の排気を開始する際に、トラップ部３０にチャンバー１１の大気が一気に流れ、トラップ部３０に堆積している生成物が巻き上げられることを防止するための流路である。
【００４０】
第４の排気流路５９は、第２の開閉バルブＶ２及び第２の調整バルブＶＣ２を迂回してトラップ部３０と真空ポンプ２５とを接続するように設けられている。第４の排気流路５９は、トラップ部３０に形成された第２の導出口４４と、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭよりも真空ポンプ２５側の第３の分岐点Ｄ３とを接続する。第４の排気流路５９の途中には、第４の開閉バルブＶ４が設けられている。
【００４１】
次に、図２及び図３を参照し、トラップ部３０について説明する。図３は、本実施の形態に係る成膜装置におけるトラップ部３０の構成を示す縦断面図である。なお、図３では、第２の導出口４４の図示を省略している。
【００４２】
トラップ部３０は、トラップ容器３１と、ガス導入部３２と、ガス導出部３３と、トラップ板３４とを有する。
【００４３】
トラップ容器３１は、上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とを有する。上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とは、例えば図示しないＯリングを介し接続されている。
【００４４】
ガス導入部３２は、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導入部３２は、ガス導入管３８及びガス導入口３９を有する。ガス導入管３８は、トラップ容器３１の上面部３５を上方から下方へ貫通するように設けられている。ガス導入管３８の上方側は、第１の開閉バルブ６０を介してチャンバー１１と接続されており、ガス導入管３８の下端には、トラップ容器３１内に開口するガス導入口３９が設けられている。チャンバー１１より排出された排気ガスは、ガス導入口３９を介しトラップ容器３１に流れこむ。
【００４５】
ガス導出部３３も、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導出部３３は、ガス導出管４０及びガス導出口４１を有する。ガス導出管４０は、トラップ容器３１の上面部３５を下方から上方へ貫通するように設けられており、ガス導出管４０の下端には、トラップ容器３１内に開口するガス導出口４１が設けられている。ガス導出管４０の上方側は、真空ポンプ２５に接続されており、トラップ容器３１内の排気ガスは、ガス導出口４１を介し真空ポンプ２５に排気される。
【００４６】
トラップ板３４は、トラップ容器３１の内部であって、ガス導入口３９が設けられている高さ位置Ｐ１よりも上方の高さ位置Ｐ２に、略水平に設けられている。すなわち、トラップ板３４は、トラップ容器３１の内部であって、ガス導入部３２がトラップ容器３１内に排気ガスを導入する高さ位置Ｐ１よりも上方の高さ位置Ｐ２に、略水平に設けられている。
【００４７】
また、トラップ板３４は、ガス導出口４１が設けられている高さ位置Ｐ３よりも上方の高さ位置Ｐ２に設けられていてもよい。図３に示す例では、ガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１とは、略等しい高さであるため、トラップ板３４は、ガス導入口３９及びガス導出口４１が設けられている高さ位置Ｐ１、Ｐ３よりも上方の高さ位置Ｐ２に設けられている。
【００４８】
トラップ容器３１の内部であって、トラップ板３４の上面側には、冷却機構としての水冷パイプ４３が設けられている。水冷パイプ４３は、例えばトラップ板３４の上面側に近接してスパイラル状に形成されている。水冷パイプ４３には、水冷パイプ４３に冷却水を導入する図示しない導入口、冷却水を排出する図示しない導出口が設けられている。そして、図示しない冷却水供給源から導入口を介して水冷パイプに冷却水が通流され、導出口を介して外部に冷却水が排出される。水冷パイプ４３は、排気ガスを冷却する機能を有している。
【００４９】
ガス導入口３９よりトラップ容器３１に流入した、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを含むガスは、トラップ容器３１内で拡散する。このとき、トラップ板３４の上面側に水冷パイプ４３が設けられているため、トラップ板３４が冷却される。冷却されたトラップ板３４によってＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスは冷却され、トラップ板３４の下面で凝固し、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれかを含む生成物Ｃとして析出する。析出した生成物Ｃは、トラップ板３４の下面より剥離し、トラップ容器３１の底面部３７に落下し堆積する。そして、生成物Ｃが捕捉された残りのガスは、ガス導出口４１に向かって流れる。
【００５０】
なお、本実施の形態におけるトラップ部３０は、下方向が重力の働く方向と同じ方向となるよう設置されている。ただし、本実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、方向は若干異なっていてもよい。
【００５１】
本実施の形態におけるトラップ部３０では、トラップ板３４は、略水平に設けられている。これにより、トラップ板３４の下面で凝固し、析出した生成物Ｃを、トラップ容器３１の底面部３７に落下させることができる。そして、トラップ板３４の下面で析出した生成物Ｃが、トラップ板３４に付着し続けないため、常に略同一の冷却状態が保たれる。
【００５２】
なお、トラップ容器３１内を流れるガスの速度が、底面部３７に堆積している生成物が巻き上げられる速度範囲よりも小さな速度になるように、真空ポンプ２５の排気速度が設定される。また、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１、ガス導出口４１の高さ位置Ｐ３、トラップ板３４の高さ位置Ｐ２は、ガスの速度を考慮して設計されている。例えば、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１又はガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と底面部３７との間隔を狭くすると、流れるガスが底面部３７の内側に堆積しているＰＭＤＡ及びＯＤＡを巻き上げやすくなる。そのため、ガス導入口３９の高さ位置Ｐ１又はガス導出口４１の高さ位置Ｐ３と底面部３７との間隔は、堆積している生成物が巻き上げられる距離範囲よりも大きな距離にすることが好ましい。
【００５３】
また、トラップ容器３１の底面部３７には、図示しない異物取り出し部が設けられており、堆積した生成物は、この異物取り出し部より取り出すことが可能であり、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００５４】
また、トラップ部３０には、ヒーター等の不図示の温度調節機構が設けられ、トラップ部３０が所定の温度となるように、後述する制御部８０により温度が制御されてもよい。
【００５５】
本実施の形態では、トラップ部３０は、チャンバー１１から排出されたガス中から原料ガスであるＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物を析出させることによって、原料ガスを捕捉するためのものである。トラップ部３０は、後述する制御部８０により、水冷パイプ４３に流れる水の温度、流量を調整することによって、トラップ部３０の温度が、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物が析出する反応が生ずる温度範囲になるように、調整される。例えば、トラップ部３０の設定温度は、１２０℃以下に設定されている。
【００５６】
トラップ部３０をチャンバー１１と真空ポンプ２５との間に設けることにより、真空ポンプ２５内にポリイミド等の生成物が付着して故障することを防止できる。
【００５７】
次に、図４を参照し、第１の開閉バルブ６０について説明する。図４は、第１の開閉バルブ６０の構成を模式的に示す断面図である。
【００５８】
第１の開閉バルブ６０は、開口部６１、開閉部６２、駆動部６３、パージガス導入部６４を有する。
【００５９】
開口部６１は、上側開口部６５、下側開口部６６を有する。上側開口部６５及び下側開口部６６は、開閉部６２を上下から挟むように設けられており、互いに等しい内径の開口６５ａ、６６ａが形成されている。開閉部６２は、上側開口部６５、下側開口部６６に形成された開口６５ａ、６６ａと略等しい径を有する開口が形成された連通部６７と、上側開口部６５、下側開口部６６を塞ぐ遮断部６８とが設けられるとともに、横方向に移動可能に設けられている。駆動部６３は、モータ部６９及び変換部７０とを有する。モータ部６９は、回転駆動力を発生する。変換部７０は、モータ部６９と開閉部６２とを連結するように設けられており、モータ部６９が発生した回転駆動力を横方向の駆動力に変換する。駆動部６３は、モータ部６９の回転駆動力を変換部７０により横方向の駆動力に変換し、開閉部６２を横方向に移動駆動させることによって、上側開口部６５と下側開口部６６とを連通又は遮断する。
【００６０】
パージガス導入部６４は、第１の開閉バルブ６０が開いている状態で、開閉部６２と開口部６１との隙間からパージガスを第１の排気流路５６に導入する。図２を用いて前述したように、パージガス導入部６４は、パージガス供給流路５２を介してパージガス供給部５０に接続されている。これにより、パージガス供給部５０は、第１の開閉バルブ６０を介して排気流路５５に合流するように接続されている。また、パージガス供給流路５２の途中には、パージガス導入部６４とパージガス供給部５０とを連通又は遮断するバルブ５３が設けられている。
【００６１】
第１の開閉バルブ６０は、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを含む生成物が付着しないように、２００℃以上のできるだけ高い温度に設定されていることが好ましく、耐熱性を考慮して２００〜２６０℃の温度に設定されている。また、コンダクタンスを低下させないよう開口部６１の開口径が大きいことが好ましい。
【００６２】
図２を用いて前述したように、圧力計５１は、パージガス供給部５０から排気流路５５にパージガスが流れるパージガス供給流路５２の途中に設けられている。圧力計５１が設けられている部分では、パージガス供給流路５２の配管径が小さくなっている。そのため、排気ガスがパージガス供給流路５２に逆流すると、析出した生成物がパージガス供給流路５２の配管内に付着し、配管を詰まらせるおそれがある。従って、パージガス導入部６４における流路の形状及び流量は、第１の開閉バルブ６０から、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量にすることが好ましい。そのため、パージガス導入部６４において、パージガスの流れが乱流であって、かつ、パージガスの流速が音速を超えないことが好ましい。
【００６３】
以下では、図４及び図５を参照し、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量の好ましい範囲について説明する。図５は、流量を計算するために仮定したパージガスの流路空間のモデルを示す斜視図である。
【００６４】
図４において破線で囲まれた領域Ｉにおいて、上側開口部６５と下側開口部６６とに挟まれたドーナツ形状の流路空間Ｉを外周側から内周側へ向かってパージガスが流れるものとする。ここで、上側開口部６５と下側開口部６６との間隔をＤ（ｍ）とし、上側開口部６５及び下側開口部６６の径方向の幅をＬ（ｍ）とする。ただし、図４及び図５では、後述する第２の実施の形態と区別するために、間隔ＤをＤ１と表し、幅ＬをＬ１と表す。そして、流路空間Ｉを、上側開口部６５及び下側開口部６６の周縁部の径方向に沿って延在する管径（内径）Ｄ１（ｍ）、管長（長さ）Ｌ１（ｍ）の供給管ＴＢに分割する。すなわち、流路空間Ｉは、上側開口部６５及び下側開口部６６の径方向に沿って延在する供給管ＴＢが、上側開口部６５及び下側開口部６６の周方向に沿ってＮ本並べられて構成されているものと仮定する。そして、供給管ＴＢにおける圧力をＰ（Ｐａ）、温度をＴ（Ｋ）、流量をＱ（ｓｃｃｍ）、流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、音速をａ（ｍ／ｓｅｃ）とする。このとき、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような間隔Ｄ（＝Ｄ１）及び流量Ｑ（ｓｃｃｍ）の好ましい範囲を求める。
【００６５】
なお、図５のモデルにおいて、供給管ＴＢの断面積をＡ１、本数をＮとすると、Ｖ＝Ｑ／（N×Ａ１）である。すなわち、流量Ｑは、Ｖ×Ａ１で表される供給管ＴＢの１本当たりの流量ｑをＮ本分合計して得られる値である。
【００６６】
まず、圧力Ｐ、温度Ｔ、長さＬを
圧力；Ｐ＝１０Ｐａ
温度；Ｔ＝４００Ｋ
長さ；Ｌ＝Ｌ１＝０．００４ｍ
と仮定する。
【００６７】
パージガス導入部６４においてパージガスの流れが乱流であるためには、下記式（１）
Ｒｅ＝ＶＬ／ν （１）
で表されるレイノルズ数Ｒｅが、下記式（２）
Ｒｅ＞４０００ （２）
で表されるように、４０００を超えることが好ましい。ただし、νは、パージガスの動粘度（単位；ｍ２／ｓ）であり、４００Ｋ、１０Ｐａでの値として４．０５×１０−５（ｍ２／ｓ）を用いた。
【００６８】
また、パージガスの流速が音速を超えないためには、下記式（３）
ａ＝（ｋＲＴ）０．５ （３）
で表される音速ａ（ｍ／ｓｅｃ）を用いて、下記式（４）
Ｍａｃｈ＝Ｖ／ａ （４）
で表されるマッハ数Ｍａｃｈが、下記式（５）
Ｍａｃｈ＜１ （５）
で表されるように、１未満であることが好ましい。ただし、ｋはボルツマン定数１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋ、Ｒは８．３１Ｊ／Ｋ／ｍｏｌであり、上記した温度Ｔでは、
音速；ａ＝４．０８×１０２ｍ／ｓｅｃ
である。
【００６９】
図６は、横軸に流量Ｑを表し、縦軸に間隔Ｄ１を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。図６において、直線ＬＮ１は、Ｒｅ＝４０００を表し、直線ＬＮ２は、Ｖ＝ａを表す。このとき、直線ＬＮ１より下側の領域が式（２）を満たす領域であり、乱流となる範囲である。また、直線ＬＮ２より上側の領域が式（５）を満たす領域であり、音速未満の範囲である。従って、直線ＬＮ１と直線ＬＮ２とに挟まれた、ハッチングを付した領域Ｓ１が、式（２）及び式（５）を満たす領域である。
【００７０】
例えば、流量Ｑを１００ｓｃｃｍとし、間隔Ｄ１を０．６２５ｍｍとする設定点ＰＮＴ１は、領域Ｓ１に含まれる。従って、流量Ｑを１００ｓｃｃｍとし、間隔Ｄ１を０．６２５ｍｍとすることによって、パージガス導入部６４に排気ガスが逆流しないような形状及び流量の条件を満たすことができる。
【００７１】
排気流路５５のパージガス供給部５０が接続されている部分である第１の開閉バルブ６０には、ヒーター７１が設けられていてもよい。ヒーター７１は、第１の開閉バルブ６０を加熱するためのものである。ヒーター７１は、後述する制御部８０により、第１の開閉バルブ６０を、生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する。具体的には、第１の開閉バルブ６０を、２００〜２６０℃に加熱する。これにより、第１の開閉バルブ６０の内部に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれか１種以上を含む生成物が析出して付着し、第１の開閉バルブ６０の内部が狭窄することを防止できる。なお、ヒーター７１は、本発明における加熱機構に相当する。
【００７２】
制御部８０は、例えば、図示しない演算処理部、記憶部及び表示部を有する。演算処理部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータである。記憶部は、演算処理部に、各種の処理を実行させるためのプログラムを記録した、例えばハードディスクにより構成されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。表示部は、例えばコンピュータの画面よりなる。演算処理部は、記憶部に記録されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、供給機構２０、真空ポンプ２５、トラップ部３０、パージガス供給部５０、及び圧力計５１に制御信号を送り、後述するような成膜処理を実行する。
【００７３】
次に、図７から図１０を参照し、本実施の形態に係る成膜装置における成膜処理の一例について説明する。
【００７４】
図７から図１０は、本実施の形態に係る成膜処理の各工程における、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の排気流路及びバルブの状態を示す図である。
【００７５】
なお、図７から図１０では、便宜的に、排気流路の排気流量の大きさを３段階に分け、流量が０の部分を白抜きにより表示し、流量が小流量の部分を薄いハッチングを付して表示し、流量が大流量の部分を濃いハッチングを付して表示する。また、いったん高真空まで排気された部分については、その後の排気流量の大きさに関わらず、流量が大流量の部分と同様の濃いハッチングを付して表示するものとする。
【００７６】
また、図７から図１０では、第１の開閉バルブ６０、第２の開閉バルブＶ２、第３の開閉バルブＶ３、及びモータバルブＶＭの開度の大きさを３段階に分け、完全に閉じている状態のバルブを白抜きにより表示し、開度が調整されている状態のバルブを薄いハッチングを付して表示し、完全に開いている状態のバルブを濃いハッチングを付して表示する。
【００７７】
なお、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２は、例えばニードルバルブよりなり、予め開度が調整された状態であって、調整された開度が図７から図１０に示す工程では、変更されないものであってもよい。以下では、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２の開度は調整された状態であって、変更されない例について説明する。また、第１の調整バルブＶＣ１、第２の調整バルブＶＣ２は調整された状態で開いているものの、白抜きにより表示するものとする。
【００７８】
図７に示す工程では、第４の開閉バルブＶ４、モータバルブＶＭを閉じた状態で、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと真空ポンプ２５との間の部分、第４の排気流路５９の第４の開閉バルブＶ４と第３の分岐点Ｄ３との間の部分を排気する。このとき、図７で濃いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと真空ポンプ２５との間の部分、及び、第４の排気流路５９の第４の開閉バルブＶ４と第３の分岐点Ｄ３との間の部分における流量は、大流量である。そして、図７における濃いハッチングを付した部分は、例えば３０ｓｅｃ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００７９】
次いで、図８に示す工程では、トラップ容器３１の内部を粗引きする。モータバルブＶＭ、第１の開閉バルブ６０及び第２の開閉バルブＶ２を閉じた状態で、第４の開閉バルブＶ４を開く。そして、真空ポンプ２５により、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とトラップ容器３１との間の部分、第２の排気流路５７の第２の開閉バルブＶ２とトラップ容器３１との間の部分を排気する。このとき、図８で薄いハッチングを付して示すように、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とトラップ容器３１との間の部分、及び第２の排気流路５７の第２の開閉バルブＶ２とトラップ容器３１との間の部分における流量は、小流量である。そして、図８における薄いハッチングを付した部分は、例えば１２０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８０】
そして、図９に示す工程を行う前に、チャンバー１１にウェハＷを搬入する。図１に示した成膜装置１０の例では、例えばウェハボート１２をチャンバー１１の下側外方に下降させ、下降したウェハボート１２にウェハＷを載置し、ウェハＷを載置したウェハボート１２を再び上昇してチャンバー１１内に挿入することにより、ウェハＷを搬入することができる。
【００８１】
次いで、図９に示す工程では、高真空まで排気されたトラップ容器３１の内部を真空ポンプ２５から遮断するとともに、チャンバー１１の内部を粗引きする。第１の開閉バルブ６０及び第２の開閉バルブＶ２を閉じた状態で、第４の開閉バルブＶ４を閉じ、第３の開閉バルブＶ３を開き、モータバルブＶＭの開度を調整する。そして、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと第２の開閉バルブＶ２との間の部分、第３の排気流路５８、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とチャンバー１１との間の部分、及びチャンバー１１の内部を排気する。このとき、図９で薄いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７のモータバルブＶＭと第２の開閉バルブＶ２との間の部分、第３の排気流路５８、第１の排気流路５６の第１の開閉バルブ６０とチャンバー１１との間の部分、及びチャンバー１１の内部における流量は、小流量である。そして、図９における薄いハッチングを付した部分は、例えば６０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１０Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８２】
次いで、図１０に示す工程では、チャンバー１１の内部を高真空まで排気する。第４の開閉バルブＶ４を閉じた状態で、第３の開閉バルブＶ３を閉じ、モータバルブＶＭ、第２の開閉バルブＶ２、第１の開閉バルブ６０を開く。そして、真空ポンプ２５により、第２の排気流路５７、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６を介して、チャンバー１１の内部を排気する。このとき、図１０で濃いハッチングを付して示すように、第２の排気流路５７、トラップ容器３１の内部、第１の排気流路５６及びチャンバー１１の内部における流量は、大流量である。そして、図１０における濃いハッチングを付した部分は、例えば１０ｍｉｎ程度の時間で、例えば１Ｐａ程度の高真空に排気される。
【００８３】
図１０に示す工程の後、ポリイミド膜を成膜する。バルブ２３を開き、第１の原料ガス供給部２１により、ＰＭＤＡガスをチャンバー１１に供給する。また、バルブ２４を開き、第２の原料ガス供給部２２により、ＯＤＡガスをチャンバー１１に供給する。そして、ウェハＷの表面でＰＭＤＡとＯＤＡを重合反応させ、ポリイミド膜を成膜する。
【００８４】
このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（６）に従う。
【００８５】
【化１】
ポリイミド膜を成膜する際、圧力計５１により、チャンバー１１の内部の圧力を測定できる。そして、供給機構２０によるＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスの供給量を制御した状態で、測定したチャンバー１１の内部の圧力に基づいて、制御部８０により、チャンバー１１の内部の圧力が所定の圧力になるように真空ポンプ２５の排気量を制御する。これにより、ポリイミド膜を安定に成膜することができる。
【００８６】
その後、第３の開閉バルブＶ３を閉じた状態で、第１の開閉バルブ６０を閉じ、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間を遮断する。そして、図示しないチャンバー用パージガス供給部によりパージガスを供給し、チャンバー１１の内部の圧力を所定圧力例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に復圧する。チャンバー１１の内部を大気圧に復圧した後、例えばウェハボート１２をチャンバー１１の下側外方に下降させ、下降したウェハボート１２からウェハＷを取り外し、ウェハＷを取り外したウェハボート１２を再び上昇してチャンバー１１内に挿入することにより、ウェハＷを搬出することができる。
【００８７】
次に、本実施の形態に係る成膜装置が、圧力計に耐熱性を要求せず、かつ、設置面積を増大させないこと、また、プリトラップ部を設けた場合と比べてメンテナンスを行う時間間隔を略等しくできることを、比較例に係る成膜装置１１０と対比して説明する。
【００８８】
比較例に係る成膜装置１１０は、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間の第１の排気流路５６に、プリトラップ部１２０を有する点、圧力計５１が第１の排気流路５６に直接設けられている点、及びトラップ部１３０のガス導出部１３３がトラップ容器３１の底面部３７に設けられている点で、本実施の形態に係る成膜装置と相違する。従って、プリトラップ部１２０、圧力計５１及びトラップ部１３０以外の部分についての説明を省略する。
【００８９】
図１１は、比較例に係る成膜装置１１０のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。図１２は、比較例に係る成膜装置１１０におけるトラップ部１３０の構成を示す縦断面図である。
【００９０】
プリトラップ部１２０は、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間に設けられている。プリトラップ部１２０は、チャンバー１１とトラップ部１３０との間の第１の排気流路５６に圧力計５１が直接設けられているときに、圧力計５１の内部に生成物が付着することを防止するためのものである。また、チャンバー１１と圧力計５１との間で予め生成物を捕捉するためのものである。
【００９１】
プリトラップ部１２０は、後述するトラップ部１３０と同様の構造であってもよく、或いは、筐体の内部において、ガスの流れに対して略垂直となるよう多段に配置されたフィンを有するものであってもよい。
【００９２】
また、圧力計５１は、第１の排気流路５６に直接設けられている。そのため、圧力計５１には、例えば２００℃程度の高温における耐熱性が要求される。
【００９３】
一方、本実施の形態に係る成膜装置１０では、プリトラップ部が設けられていないため、比較例に係る成膜装置よりもプリトラップ部の分だけ設置面積を削減できる。また、圧力計５１は、第１の排気流路５６に直接設けられておらず、第１の排気流路５６に合流するパージガス供給流路５２の途中に設けられている。そのため、圧力計５１に耐熱性は要求されず、かつ、設置面積を増大させない成膜装置を提供することができる。
【００９４】
また、比較例に係る成膜装置におけるトラップ部１３０は、トラップ容器３１と、ガス導入部３２と、ガス導出部１３３と、隔壁部１３４とを有する。
【００９５】
トラップ容器３１は、上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とを有する。上面部３５と、側面部３６と、底面部３７とは、例えば図示しないＯリングを介し接続されている。
【００９６】
ガス導入部３２は、本実施の形態のトラップ部３０と同様に、トラップ容器３１の上面部３５に設けられている。ガス導入部３２は、ガス導入管３８及びガス導入口３９を有する。
【００９７】
ガス導出部１３３は、本実施の形態のトラップ部３０とは異なり、トラップ容器３１の底面部３７に設けられている。ガス導出部１３３は、ガス導出管４０及びガス導出口４１を有する。ガス導出管４０は、トラップ容器３１の底面部３７を上方から下方へ貫通するように設けられており、ガス導出管４０の上端には、トラップ容器３１内に開口するガス導出口４１が設けられている。ガス導出管４０の下方側は、真空ポンプ２５に接続されており、トラップ容器３１内の排気ガスは、ガス導出口４１を介し真空ポンプ２５に排気される。
【００９８】
隔壁部１３４は、隔壁１３５、１３６を有する。隔壁１３５はトラップ容器３１の底面部３７と接続されており、隔壁１３６はトラップ容器３１の上面部３５と接続されている。これにより、トラップ容器３１の側面部３６の内側と隔壁１３５により流路１３７が形成され、隔壁１３５と隔壁１３６により流路１３８が形成され、隔壁１３６とガス導出管４０により流路１３９が形成されている。
【００９９】
流路１３８には、冷却機構としての水冷パイプ４３が設けられている。水冷パイプ４３は、排気ガスを冷却する機能を有している。
【０１００】
ガス導入口３９よりトラップ容器３１の内部に流入したＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスを含むガスは、トラップ容器３１の側面部３６と隔壁１３５により形成される流路１３７を、上方向に流れる。その後、ガスは、隔壁１３５と隔壁１３６により形成された流路１３８を下方向に流れる。
【０１０１】
比較例では、水冷パイプ４３により隔壁１３５も冷却されているため、流路１３７において、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスは、水冷パイプ４３が設けられている流路１３８に到達する前に、流路１３７において隔壁１３５の側面で凝固して生成物Ｃとして析出する。そして、析出した生成物Ｃは、隔壁１３５の側面より剥離し、トラップ容器３１の側面部３６と隔壁１３５との間における底面部３７に落下し堆積する。
【０１０２】
すなわち、比較例では、トラップ容器３１の底面部３７のうち、隔壁１３５で囲まれた部分には、生成物が堆積することはほとんどない。従って、底面部３７の面積をＳ０とし、側面部３６と隔壁１３５とで囲まれた部分の面積をＳ１とし、メンテナンスを行うときの生成物の堆積高さをＨとするとき、生成物が堆積可能な体積は、Ｓ１×Ｈである。
【０１０３】
一方、本実施の形態では、トラップ容器３１の底面部３７の全面に、生成物が堆積する。従って、底面部３７の面積をＳ０とし、メンテナンスを行うときの生成物の堆積高さをＨとするとき、生成物が堆積可能な体積は、Ｓ０×Ｈである。
【０１０４】
例えばＳ１がＳ０の半分であるとし、比較例のプリトラップ部１２０における生成物が堆積可能な体積も、トラップ部１３０における生成物が堆積可能な体積に略等しいものとする。すると、本実施の形態のトラップ部３０における生成物が堆積可能な体積（以下単に「体積」という。）は、比較例のトラップ部１３０における体積とプリトラップ部１２０における体積との合計と略等しい。すなわち、本実施の形態では、プリトラップ部を設けていないものの、トラップ部３０のガス導入部３２とガス導出部３３とをトラップ容器３１の上面部３５に設けることにより、メンテナンスの時間間隔を、プリトラップ部を設けた場合と略等しくすることができる。
【０１０５】
本実施の形態に係る成膜装置における圧力計５１が測定した圧力測定値が、チャンバー１１の圧力の変化に追従しており、かつ、安定して測定できることの評価を行った。以下、その評価結果について説明する。
【０１０６】
図１３は、評価を行った成膜装置のうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【０１０７】
評価を行った成膜装置では、本実施の形態に係る成膜装置に加え、第１の排気流路５６の途中であって、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間に、プリトラップ部１２０を設けた。また、第１の排気流路５６上であって、チャンバー１１の近傍に、モニタ用圧力計５４を設けた。そして、図１０を用いて説明したようにチャンバー１１を排気している状態で、供給機構２０からキャリアガスを流し、キャリアガスの流量を変化させたときに、モニタ用圧力計５４及び圧力計５１により圧力を測定した。測定した圧力の時間依存性を図１４のグラフに示す。
【０１０８】
図１４には、モニタ用圧力計５４が測定した圧力の時間依存性、パージガス供給部５０からのパージガスの流量が１０ｓｃｃｍであるときに圧力計５１が測定した圧力の時間依存性、及び、パージガス供給部５０からのパージガスの流量が０ｓｃｃｍであるときに圧力計５１が測定した圧力の時間依存性を示す。ただし、圧力計５１が測定した圧力を左側縦軸に示し、モニタ用圧力計５４が測定した圧力を右側縦軸に示している。また、図１４には、キャリアガスの流量（単位；ＳＬＭ）も示している。例えば破線で囲まれた領域IIに示すように、キャリアガスの流量を０．８ＳＬＭから１．０ＳＬＭに増加させたとき、モニタ用圧力計５４が測定する圧力が増加するのと略同時に、圧力計５１が測定する圧力も増加する。また、例えば破線で囲まれた領域IIIに示すように、キャリアガスの流量が一定であるときは、モニタ用圧力計５４が測定する圧力、及び、圧力計５１が測定する圧力は、略一定である。従って、パージガス供給流路５２の途中に設けられた圧力計による場合でも、第１の排気流路５６のチャンバー１１の近傍に設けられた圧力計と同様に、チャンバー１１の内部の圧力を、変化に追従しつつ、安定して測定できることが分かる。
（第２の実施の形態）
次に、図１５を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置について説明する。
【０１０９】
本実施の形態に係る成膜装置は、パージガス供給部が、第１の開閉バルブを介して排気流路に合流するようには接続されていない点で、第１の実施の形態に係る成膜装置と相違する。それ以外の部分については、第１の実施の形態に係る成膜装置と同様であり、説明を省略する。
【０１１０】
図１５は、本実施の形態に係る成膜装置１０ａのうち、チャンバー１１と真空ポンプ２５との間の構成を中心として模式的に示す図である。
【０１１１】
本実施の形態では、パージガス供給部５０ａは、第１の開閉バルブ６０を介して第１の排気流路５６に合流するように接続されていない。しかし、パージガス供給部５０ａは、第１の排気流路５６のチャンバー１１の近傍に接続されている。すなわち、パージガス供給部５０ａは、チャンバー１１と第１の開閉バルブ６０との間で第１の排気流路５６に合流するように接続されている。
【０１１２】
本実施の形態でも、圧力計５１ａが、パージガス供給部５０ａから第１の排気流路５６にパージガスが流れるパージガス供給流路５２ａの途中に設けられている。圧力計５１ａが設けられている部分では、パージガス供給流路５２ａの配管径が小さくなっている。そのため、排気ガスがパージガス供給流路５２ａに逆流すると、析出した生成物がパージガス供給流路５２ａの配管内に付着し、配管を詰まらせるおそれがある。従って、パージガス供給流路５２ａにおける流路の形状及び流量は、第１の排気流路５６から、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量にすることが好ましい。そのため、パージガス供給流路５２ａにおいて、パージガスの流れが乱流であって、かつ、パージガスの流速が音速を超えないことが好ましい。
【０１１３】
以下では、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量の好ましい範囲について説明する。
【０１１４】
図１５において破線で囲まれた領域IVにおいて、パージガス供給流路５２ａの配管径Ｄ（ｍ）を管径（内径）とし、パージガス供給流路５２ａの配管長Ｌ（ｍ）を長さとする供給管IVにより、パージガスが第１の排気流路５６に供給されるものとする。ただし、図１５では、前述した第１の実施の形態と区別するために、内径ＤをＤ２と表し、長さＬをＬ２として表す。そして、供給管IVにおける圧力をＰ（Ｐａ）、温度をＴ（Ｋ）、流量をＱ（ｓｃｃｍ）、流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）、音速をａ（ｍ／ｓｅｃ）とする。このとき、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような長さＬ（＝Ｌ２）及び流量Ｑ（ｓｃｃｍ）の好ましい範囲を求める。
【０１１５】
なお、供給管IVの断面積をＡ２とすると、Ｖ＝Ｑ／Ａ２である。
【０１１６】
まず、圧力Ｐ、温度Ｔ、内径Ｄを
圧力；Ｐ＝１０Ｐａ
温度；Ｔ＝４００Ｋ
内径；Ｄ＝Ｄ２＝０．０１０ｍ
と仮定する。
【０１１７】
パージガス供給流路５２ａにおいてパージガスの流れが乱流であるためには、前述した式（１）で表されるレイノルズ数Ｒｅが、前述した式（２）で表されるように、４０００を超えることが好ましい。
【０１１８】
また、パージガスの流速が音速を超えないためには、前述した式（３）で表される音速ａ（ｍ／ｓｅｃ）を用いて前述した式（４）で表されるマッハ数Ｍａｃｈが、前述した式（５）で表されるように、１未満であることが好ましい。
【０１１９】
図１６は、横軸に流量Ｑを表し、縦軸に長さＬ２を表した場合における、式（２）及び式（５）を満たす領域を示すグラフである。図１６において、曲線ＣＬＮ１は、Ｒｅ＝４０００を表し、直線ＬＮ３は、Ｖ＝ａを表す。このとき、曲線ＣＬＮ１より右側の領域が式（２）を満たす領域であり、乱流となる範囲である。また、直線ＬＮ３より左側の領域が式（５）を満たす領域であり、音速未満の範囲である。従って、曲線ＣＬＮ１と直線ＬＮ３とに挟まれた、ハッチングを付した領域Ｓ２が、式（２）及び式（５）を満たす領域である。
【０１２０】
例えば、流量Ｑを１０ｓｃｃｍとし、長さＬ２を１０ｍｍとする設定点ＰＮＴ２は、領域Ｓ２に含まれる。従って、流量Ｑを１０ｓｃｃｍとし、長さＬ２を１０ｍｍとすることによって、パージガス供給流路５２ａに排気ガスが逆流しないような形状及び流量の条件を満たすことができる。
【０１２１】
第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分には、ヒーター７１が設けられていてもよい。ヒーター７１は、制御部８０により、第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分を、生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する。これにより、第１の排気流路５６のパージガス供給部５０ａが接続されている部分の内部に、ＰＭＤＡガス及びＯＤＡガスのいずれか１種以上を含む生成物が析出して付着し、内部が狭窄することを防止できる。
【０１２２】
本実施の形態でも、プリトラップ部が設けられていないため、プリトラップ部の分だけ設置面積を削減できる。また、圧力計５１ａは、第１の排気流路５６に直接設けられておらず、第１の排気流路５６に合流するパージガス供給流路５２ａの途中に設けられている。そのため、圧力計５１ａに耐熱性は要求されず、かつ、設置面積を増大させない成膜装置を提供することができる。
【０１２３】
また、本実施の形態でも、プリトラップ部を設けていないものの、トラップ部３０のガス導入部３２とガス導出部３３とをトラップ容器３１の上面部３５に設けることにより、メンテナンスの時間間隔を、プリトラップ部を設けた場合と略等しくすることができる。
【０１２４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１２５】
なお、上述した実施の形態では、成膜容器に芳香族酸二無水物よりなる第１の原料を気化した第１の原料ガスと、芳香族ジアミンよりなる第２の原料を気化した第２の原料ガスとを、供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置について説明した。しかし、第１の原料は、芳香族酸二無水物に限定されず、第２の原料は、芳香族ジアミンに限定されない。
【０１２６】
また、上述した実施の形態では、成膜容器に第１の原料ガスと第２の原料ガスとを供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置について説明した。しかし、２種類の原料ガスを供給する場合に限定されない。従って、本発明は、１種類の原料ガスを供給することによって、ウェハに膜を成膜する成膜装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０、１０ａ 成膜装置
１１ チャンバー
２０ 供給機構
２１ 第１の原料ガス供給部（第１の気化器）
２２ 第２の原料ガス供給部（第２の気化器）
２５ 真空ポンプ
３０ トラップ部
５０ パージガス供給部
５１ 圧力計
５２ パージガス供給流路
５５ 排気流路
６０ 第１の開閉バルブ
８０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜容器内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、前記基板に膜を成膜する成膜装置において、
前記成膜容器に前記原料ガスを供給する供給機構と、
前記成膜容器からガスを排気する排気機構と、
前記成膜容器から前記排気機構にガスが流れる排気流路の途中に設けられており、前記原料ガスを含む生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ部と、
前記成膜容器と前記トラップ部との間で前記排気流路に合流するように接続されており、前記排気流路にパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記パージガス供給部から前記排気流路にパージガスが流れるパージガス供給流路の途中に設けられた圧力計と
を有する、成膜装置。
【請求項２】
前記排気流路の途中に、前記成膜容器と前記トラップ部とを連通又は遮断するように設けられた開閉弁部を有し、
前記パージガス供給部は、前記開閉弁部を介して前記排気流路に合流するように接続されている、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記トラップ部は、
トラップ容器と、
前記トラップ容器にガスを導入するガス導入部と、
前記トラップ容器からガスを導出するガス導出部と、
前記トラップ容器の内部であって、前記ガス導入部からガスが導入される高さ位置よりも上方の高さ位置に略水平に設けられており、導入されたガスを冷却して前記生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ板と
を有するものである、請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記排気流路の前記パージガス供給部が接続されている部分を、前記生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する加熱機構を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記パージガス供給流路を流れるパージガスのレイノルズ数が４０００を超えるとともに、前記パージガス供給流路を流れるパージガスのマッハ数が１未満である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記原料ガスは、芳香族酸二無水物及び芳香族ジアミンを含むものである、請求項１から請求項５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１】
成膜容器内に保持されている基板に原料ガスを供給することによって、前記基板に膜を成膜する成膜装置において、
前記成膜容器に前記原料ガスを供給する供給機構と、
前記成膜容器からガスを排気する排気機構と、
前記成膜容器から前記排気機構にガスが流れる排気流路の途中に設けられており、前記原料ガスを含む生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ部と、
前記成膜容器と前記トラップ部との間で前記排気流路に合流するように接続されており、前記排気流路にパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記パージガス供給部から前記排気流路にパージガスが流れるパージガス供給流路の途中に設けられた圧力計と
を有する、成膜装置。
【請求項２】
前記排気流路の途中に、前記成膜容器と前記トラップ部とを連通又は遮断するように設けられた開閉弁部を有し、
前記パージガス供給部は、前記開閉弁部を介して前記排気流路に合流するように接続されている、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記トラップ部は、
トラップ容器と、
前記トラップ容器にガスを導入するガス導入部と、
前記トラップ容器からガスを導出するガス導出部と、
前記トラップ容器の内部であって、前記ガス導入部からガスが導入される高さ位置よりも上方の高さ位置に略水平に設けられており、導入されたガスを冷却して前記生成物を析出させることによって、前記原料ガスを捕捉するトラップ板と
を有するものである、請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記排気流路の前記パージガス供給部が接続されている部分を、前記生成物が析出する反応が生ずる温度範囲よりも高い温度に加熱する加熱機構を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記パージガス供給流路を流れるパージガスのレイノルズ数が４０００を超えるとともに、前記パージガス供給流路を流れるパージガスのマッハ数が１未満である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記原料ガスは、芳香族酸二無水物及び芳香族ジアミンを含むものである、請求項１から請求項５のいずれかに記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１６０６１４（Ｐ２０１２−１６０６１４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９８２（Ｐ２０１１−１９９８２）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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