重合膜の成膜方法および成膜装置
【課題】蒸着により重合膜を成膜する際に、原料を加熱して供給する際の上記不都合が生じない重合膜の成膜方法および成膜装置を提供すること。
【解決手段】原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで形成した第１の基板１６と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板１５とを、原料形成面と成膜面とが向き合うように処理容器２内に対向して設け、処理容器２内を真空雰囲気とし、第１の基板１６を前記複数の原料１７，１８が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、第２の基板１５を複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、第１の基板１６から蒸発した複数の原料１７，１８を第２の基板１５の成膜面で反応させ、成膜面に所定の重合膜を形成する。
【解決手段】原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで形成した第１の基板１６と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板１５とを、原料形成面と成膜面とが向き合うように処理容器２内に対向して設け、処理容器２内を真空雰囲気とし、第１の基板１６を前記複数の原料１７，１８が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、第２の基板１５を複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、第１の基板１６から蒸発した複数の原料１７，１８を第２の基板１５の成膜面で反応させ、成膜面に所定の重合膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリイミド等の重合膜を蒸着法で成膜する重合膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化および小型化を実現する技術として、一つの半導体パッケージの中に複数の半導体チップを搭載するシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ；ＳｉＰ）が重要となってきている。この技術において、従来は、半導体チップを平面的に並べて使用する二次元実装が主流であったが、近時、電子機器の一層の小型化の観点から、半導体チップを垂直方向に積層して実装する三次元実装が注目されている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
三次元実装は半導体チップを高密度に積層する観点から、半導体チップ間の絶縁技術が重要となる。この種の絶縁技術にはポリイミドに代表される重合膜を用いることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、このようなチップ間の絶縁には極めて高い絶縁性が要求されるが、一般的な重合膜形成方法である溶媒を用いて塗布する方法で形成された重合膜の場合には、溶媒が抜けるパスがリークポートとなり、絶縁性が不十分である。また、溶媒が抜けるパスは水分侵入のパスともなり、耐水性も不十分である。
【０００５】
このような問題が生じない高性能の重合膜を形成する技術として、２種以上の原料モノマーをそれぞれ別個の容器に充填し、これを加熱して蒸発させ、ガス状の原料モノマーを真空に保持されたチャンバに供給して基板上に重合膜を蒸着する技術が提案されている（特許文献１、非特許文献２等）。
【０００６】
このような技術では、原料モノマーを貯留した容器を加熱して蒸発させ、ガス状態を保ったまま配管を通してチャンバまで供給する必要があるため、配管をヒーターにより温度制御しつつ高温マスフローコントローラにより流量制御して原料モノマーの供給を行う。
【０００７】
しかしながら、原料によっては配管温度を２００℃付近に保持する必要があり、配管やバルブの耐熱性が不十分であるという問題がある。また、ヒーターによる加熱の際に温度むらが発生して、原料の供給が不安定になる。
【特許文献１】特開平５−１７１４１５号公報
【非特許文献１】Eric Beyne, Proceedingsof the International Interconnect Technology Conference 2006, pp.1-5
【非特許文献２】High Perform. Polym.5(1993) 229-237
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、蒸着により重合膜を成膜する際に、原料を加熱して供給する際の上記不都合が生じない重合膜の成膜方法および成膜装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、前記処理容器内を真空雰囲気とし、前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜方法を提供する。
【００１０】
上記第１の観点の成膜方法において、前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成することができる。また、前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成することができる。さらに、前記複数の原料は、第１の原料および第２の原料からなるものとすることができ、この場合に、前記第１の原料および前記第２の原料を、前記第１の基板の原料形成面に市松模様状に形成することができる。
【００１１】
前記第１の基板および前記第２の基板は、それぞれ異なる加熱機構を用いて加熱することが好ましく、前記加熱機構としては、誘導加熱コイルを有するものを用いることが好ましい。
【００１２】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されている構成とすることができる。
【００１３】
上記第１の観点の成膜方法の典型例として、前記複数の原料として、ピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を用い、重合膜としてポリイミド膜を成膜することを挙げることができる。この場合に、前記第１の温度は２００〜２６０℃であり、前記第２の温度は１８０〜２３０℃である。
【００１４】
本発明の第２の観点では、内部が真空に保持可能な処理容器と、前記処理容器内を所定の真空雰囲気とするための排気機構と、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように対向して支持する基板支持手段と、前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱する第１の加熱機構と、前記第２の基板を前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱する第２の加熱機構とを具備し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜装置を提供する。
【００１５】
上記第２の観点の成膜装置において、前記第１および第２の加熱機構は、それぞれ前記第１の基板、前記第２の基板を独立して急速加熱するものとすることができ、具体的には前記第１および第２の加熱機構として、誘導加熱コイルを有するものを用いることが好ましい。この場合に、前記基板支持手段は、前記第１の基板および前記第２の基板をそれぞれ支持するとともに、誘導加熱による熱をそれぞれ前記第１の基板および前記第２の基板に伝熱する一対の熱伝達部材を有するものとすることができる。
【００１６】
上記第２の観点の成膜装置において、前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されたものとすることができる。また、前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成することができる。
【００１７】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されている構成とすることができる。
【００１８】
前記基板支持手段は、第１の基板と第２の基板の対を複数対支持し、前記第１の加熱機構および前記第２の加熱機構により、各対の第１の基板および第２の基板をそれぞれ第１の温度および第２の温度に加熱するようにする構成とすることができる。
【００１９】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、前記第１の基板および前記第２の基板を、それぞれ独立して所望の温度になるように加熱し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成するので、原料を加熱して形成された高温のガスを配管に供給する際の耐熱性の問題や、ヒーターによる加熱の際に温度むらによる原料供給の不安定性の問題を生じさせずに、極めて簡便な方法で安定して重合膜を成膜することができる。また、原料形成基板と被成膜基板とを誘導加熱のような急熱急冷可能な加熱機構により独立の温度で加熱することにより、所望の温度以外の温度で原料が供給される危険や、重合温度が制限される危険を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図である。
【００２２】
この成膜装置１は、チャンバ２を有しており、チャンバ２の側壁には搬入出ポート３および排気ポート４が設けられている。搬入出ポート３はゲートバルブ５によって開閉可能となっている。また排気ポート４には排気管６が接続されており、排気管６には圧力調整バルブ８および真空ポンプ７が接続され、真空ポンプ７を作動しつつ圧力調整バルブ８の開度を制御することによりチャンバ２内を所定の真空度に調整するようになっている。また、図示しないガス供給系からチャンバ２内にＡｒガス等の不活性ガスを導入することによりチャンバ２内の圧力を調整することができるようになっている。なお、チャンバ２内をクリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系が設けられていてもよい。
【００２３】
チャンバ２の上壁および底壁には、それぞれ誘導加熱コイル９ａおよび９ｂが設けられている。誘導加熱コイル９ａおよび９ｂは、図２に示すように渦巻き状をなしており、それぞれコイル電源１０ａおよび１０ｂが接続されている。これらコイル電源１０ａおよび１０ｂは制御部１１に接続され、この制御部１１により制御されるようになっている。そして、制御部１１によりコイル電源１０ａおよび１０ｂの出力を制御することにより、誘導加熱コイル９ａおよび９ｂによる加熱温度を制御するようになっている。また、チャンバ壁には、図示しないウォールヒーターが設けられており、チャンバ壁の温度を所定の温度に制御することが可能となっている。
【００２４】
誘導加熱コイル９ａの下方および誘導加熱コイル９ｂの上方には、これらを遮蔽する遮蔽部材１２ａおよび１２ｂが設けられており、遮蔽部材１２ａおよび１２ｂは、取り付け部材１３によりチャンバ２に取り付けられている。
【００２５】
チャンバ２の内部には、遮蔽部材１２ａを介して誘導加熱コイル９ａに対向するように上部熱伝達板１４ａが設けられており、また遮蔽部材１２ｂを介して誘導加熱コイル９ｂに対向するように下部熱伝達板１４ｂが設けられている。
【００２６】
上部熱伝達板１４ａには重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が適宜の支持手段により成膜面を下向きにして支持され、下部熱伝達板１４ｂには重合膜を成膜するための原料が上面に形成された原料形成基板１６が載置される。
【００２７】
原料形成基板１６には、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８が、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターン、例えば市松模様等に形成されている。第１および第２の原料１７および１８は、重合膜を形成するためのモノマー原料であり、得ようとする重合膜がポリイミドの場合、これら原料としてピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を挙げることができる。
【００２８】
そして、誘導加熱コイル９ｂに通電することにより下部熱伝達板１４ｂが誘導加熱され、その伝熱で原料形成基板１６が第１の温度に加熱されることにより、第１の原料１７および第２の原料１８が蒸発する。また、誘導加熱コイル９ａに通電することにより上部熱伝達板１４ａが誘導加熱され、その伝熱で被成膜基板１５が第２の温度に加熱され、被成膜基板１５の表面で蒸発した第１の原料１７および第２の原料１８が被成膜基板１５表面で反応し、重合膜が成膜される。すなわち、誘導加熱コイル９ｂが原料を蒸発させる第１の加熱機構として機能し、誘導加熱コイル９ａが重合反応を生じさせる第２の加熱機構として機能する。
【００２９】
制御部１１は、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電制御の他、排気の制御、ガス供給制御、ゲートバルブの開閉制御、基板の搬送制御等を行うようになっており、実制御を行うコントローラ（コンピュータ）と、オペレータが制御のための入力操作を行うキーボードやディスプレイ等からなるユーザーインターフェースと、処理レシピ等の制御のための情報が記憶された記憶媒体がセット可能な記憶部とを有している。
【００３０】
次に、このように構成される成膜装置１により、重合膜を成膜する方法について図３のフローチャートを参照して説明する。以下の方法は、制御部１１の記憶部内にセットされた記憶媒体に記憶されている処理レシピに従って行われる。
まず、ゲートバルブ５を開いて被成膜基板１５および原料形成基板１６を搬入出ポート３からチャンバ２内に搬入し、被成膜基板１５を上部熱伝達板１４ａに、原料形成基板１６を下部熱伝達板１４ｂにセットする（ステップ１）。
【００３１】
次に、ゲートバルブ５を閉じてチャンバ２内を密閉空間とし、真空ポンプ７によりチャンバ２内を真空引きし、必要に応じて図示しないガス導入機構から不活性ガスをチャンバ２内に導入することにより、チャンバ２内を所定の真空度に調整する（ステップ２）。
【００３２】
この状態で、誘導加熱コイル９ｂに通電して下部熱伝達板１４ｂを誘導加熱し、その伝熱で原料形成基板１６を第１の温度に加熱するとともに、誘導加熱コイル９ａに通電して上部熱伝達板１４ａを誘導加熱し、その伝熱で被成膜基板１５を第２の温度に加熱する（ステップ３）。
【００３３】
第１の温度は、原料形成基板１６に形成された第１の原料１７および第２の原料１８を蒸発させるのに適した温度に設定され、第２の温度は、被成膜基板１５上で第１の原料１７および第２の原料１８が重合するのに適した温度に設定される。このため、図４に示すように、第１の温度Ｔ１に加熱された原料形成基板１６から第１の原料１７、例えばＰＭＤＡ、および第２の原料１８、例えばＯＤＡが蒸発し、第２の温度Ｔ２に加熱された被成膜基板１５の表面でこれら第１の原料１７および第２の原料１８が重合反応を生じる。したがって、このような加熱を所定時間継続することにより、被成膜基板１５の表面に所定厚さの重合膜２０、例えばポリイミド膜が形成される（ステップ４）。
【００３４】
なお、原料としてＰＭＤＡおよびＯＤＡを用いて重合膜としてポリイミド膜を成膜する場合には、第１の温度を２００〜２６０℃、第２の温度を１８０〜２３０℃とすることができる。
【００３５】
原料形成基板１６上に形成する第１の原料１７および第２の原料１８の比率を、これらが第１の温度で蒸発した際に得ようとする重合膜の化学量論組成が得られるような比率にしておくことにより、所望の組成の重合膜２０を得ることができる。また、第１の原料１７および第２の原料１８を所望の膜厚の重合膜が得られる量で形成しておき、原料を全て蒸発させた時点で処理を停止するようにしてもよい。原料形成基板１６は、成膜後に第１および第２の原料１７，１８を再度形成することもできる。
【００３６】
このようにして重合膜２０を形成した後、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電を遮断して加熱を停止し（ステップ５）、ゲートバルブ５を開けて重合膜２０が形成された被成膜基板１５および原料が蒸発した後の原料形成基板１６を搬出する（ステップ６）。
【００３７】
所定回数の成膜が終了したら、チャンバ２の壁面をウォールヒーター（図示せず）により加熱しつつ、クリーニングガスにより、チャンバ２内のクリーニングを行ってもよい。
【００３８】
本実施形態によれば、原料形成基板１６上に、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８を、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターンで固体状に形成しておき、この原料形成基板１６を誘導加熱により第１の温度に加熱してこれら原料を蒸発させ、誘導加熱により重合反応が生じる第２の温度に加熱された被成膜基板１５表面に蒸着させ、そこで重合反応を生じさせるので、原料を加熱して形成された高温のガスを配管に供給する際の耐熱性の問題や、ヒーターによる加熱の際に温度むらによる原料供給の不安定性の問題を生じさせずに、極めて簡便な方法で安定して重合膜を成膜することができる。また、原料形成基板１６と被成膜基板１５とを誘導加熱により独立の温度に急熱急冷することができるので、所望の温度以外の温度で原料が供給される危険や、重合温度が制限される危険を回避することができる。
【００３９】
次に、本実施形態における具体的な実施例について説明する。
図１に示した成膜装置において、誘導加熱コイル９ａ，９ｂとしてパンケーキ型のものを用い、上部熱伝達板１４ａおよび下部熱伝達板１４ｂとして直径２１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラファイト板を用い、図示しないＡｒガス供給系、クリーニングガス供給系、ウォールヒーターを設けた。
【００４０】
被成膜基板１５としては２００ｍｍＳｉウエハを用い、原料形成基板１６としては、２００ｍｍＳｉウエハの表面に、印刷方式で、第１の原料１７としてＰＭＤＡを、第２の原料１８としてＯＤＡを、それぞれ５μｍ角で１μｍのスペースを空けて、市松模様に形成したものを用いた。
【００４１】
以上のような成膜装置を用いて、以下のフローで成膜した。
まず、誘導加熱コイル９ａ，９ｂに通電しない状態で、被成膜基板１５を上部熱伝達板１４ａに、原料形成基板１６を下部熱伝達板１４ｂにセットする。次いで、チャンバ２内を真空排気した後、チャンバ２内の圧力を１３３Ｐａに調整する。
【００４２】
その状態で、制御部１１により、誘導加熱コイル９ｂへの通電を制御しつつ下部熱伝達板１４ｂを誘導加熱し、原料形成基板１６の温度を２２０℃に制御するとともに、誘導加熱コイル９ａへの通電を制御しつつ上部熱伝達板１４ａを誘導加熱し、被成膜基板１５の温度を２００℃に制御する。これにより、原料形成基板１６からＰＭＤＡおよびＯＤＡが蒸発し、被成膜基板１５の表面において重合反応が生じ、ポリイミド膜が成膜される。
【００４３】
ここでは、上記温度での加熱を５分間継続させることにより、厚さ１０００ｎｍのポリイミド膜が得られた。
【００４４】
このようにして、重合膜であるポリイミド膜を成膜した後、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電を停止し、チャンバ２内をＡｒガスでパージして大気圧に戻した後、ポリイミド膜が成膜された被成膜基板１５および原料形成基板１６をチャンバ２から搬出する。
【００４５】
所定回数の成膜後、ウォールヒーターにより、チャンバ２壁部の温度を５００℃に制御し、クリーニングガス供給系からクリーニングガスとしてＯ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏなどの酸素源をチャンバ２内に供給してチャンバ２内のクリーニングを行う。このときチャンバ２内にグラファイト板（上部および下部熱伝達板１４ａ，１４ｂ）を配置したままであるとグラファイト板が燃焼分解してしまうので、チャンバ２内からグラファイト板を取り外しておく。
【００４６】
なお、上記第１の実施形態では、誘導加熱コイル９ａ，９ｂをチャンバ２内の処理空間の外部に存在させたが、これに限らず処理空間の内部に存在させてもよい。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
ここでは、複数枚の基板に対して成膜処理を行うバッチ式の装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図である。
【００４８】
この成膜装置３１は、チャンバ３２を有しており、チャンバ３２の側壁には複数の搬入出ポート（図示せず）と、１つの排気ポート３４とを有している。搬入出ポートは複数の基板をそれぞれ搬入出するためのものであり、ゲートバルブ（図示せず）により開閉可能となっている。また、排気ポート３４には排気管３６が接続されており、排気管３６には圧力調整バルブ３８および真空ポンプ３７が接続され、真空ポンプ３７を作動しつつ圧力調整バルブ３８の開度を制御することによりチャンバ３２内を所定の真空度に調整するようになっている。また、図示しないガス供給系からチャンバ３２内にＡｒガス等の不活性ガスを導入することによりチャンバ３２内の圧力を調整することができるようになっている。なお、チャンバ３２内をクリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系が設けられていてもよい。
【００４９】
チャンバ３２内には、５枚の熱伝達板４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅが水平にかつ鉛直方向に積み重ねられるように設けられている。これら熱伝達板の外周には、それぞれ誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが設けられている。誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅには、それぞれコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅが接続されており、これらコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅは制御部４１に接続され、この制御部４１により制御されるようになっている。そして、制御部４１によりコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅの出力を制御することにより、誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅによる加熱温度を制御するようになっている。また、チャンバ壁には、図示しないウォールヒーターが設けられており、チャンバ壁の温度を所定の温度に制御することが可能となっている。なお、制御部４１は第１の実施形態１１と同様に構成され、同様の制御を行えるようになっている。
【００５０】
なお、誘導加熱コイル３９ａは、図６に示すように、熱伝達板４４ａの外周を巻回するように設けられている。また、誘導加熱コイル３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅも誘導加熱コイル３９ａと同様に構成されている。
【００５１】
最上部の熱伝達板４４ａの下面には成膜面を下向きにして重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。その下の熱伝達板４４ｂには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜するための原料が形成された原料形成基板１６が支持される。また、その下の熱伝達板４４ｃには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。さらに、その下の熱伝達板４４ｄには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜するための原料が形成された原料形成基板１６が支持される。さらにまた、最下部の熱伝達板４４ｅの上面には成膜面を上向きにして重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。なお、原料形成基板１６には、上述したように、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８が、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターン、例えば市松模様等に形成されている。
【００５２】
以上のように被成膜基板１５および原料形成基板１６を配置することにより、熱伝達板４４ａと４４ｂとの間、熱伝達板４４ｂと４４ｃとの間、熱伝達板４４ｃと４４ｄとの間、熱伝達板４４ｄと４４ｅとの間に、被成膜基板１５および原料形成基板１６を、成膜面と原料形成面とが対向するように設けることができる。したがって、誘電加熱コイル３９ｂ，３９ｄに通電して熱伝達板４４ｂおよび４４ｄを誘導加熱することにより、その伝熱で原料形成基板１６を第１の温度に加熱し、誘電加熱コイル３９ａ，３９ｃ，３９ｅに通電して熱伝達板４４ａ，４４ｃ，４４ｅを誘導加熱することにより、その伝熱で被成膜基板１５を第２の温度に加熱することにより、原料形成基板１６から蒸発した第１の原料１７および第２の原料１８を対向する被成膜基板１５の成膜面に到達させ、成膜面においてこれら原料が反応して重合膜を成膜することができる。すなわち、誘導加熱コイル３９ｂ，３９ｄが原料を蒸発させる第１の加熱機構として機能し、誘導加熱コイル３９ａ，３９ｃ，３９ｅが重合反応を生じさせる第２の加熱機構として機能する。
【００５３】
第１の実施形態と同様、第１の原料１７および第２の原料は、重合膜を形成するためのモノマー原料であり、得ようとする重合膜がポリイミドの場合、これら原料としてピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を挙げることができる。
【００５４】
この第２の実施形態では、基本的に第１の実施形態と同様にして重合膜を成膜することができるが、１度に４枚の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜することができるので、第１の実施形態よりも高効率である。
【００５５】
この実施形態においても、具体的な実施例として、熱伝達板４４ａ〜４４ｅとして直径２１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラファイト板を用い、図示しないＡｒガス供給系、クリーニングガス供給系、ウォールヒーターを設け、被成膜基板１５としては２００ｍｍＳｉウエハを用い、原料形成基板１６としては、２００ｍｍＳｉウエハの表面に、印刷方式で、第１の原料１７としてＰＭＤＡを、第２の原料１８としてＯＤＡを、それぞれ５μｍ角で１μｍのスペースを空けて、市松模様に形成したものを用いて成膜を行った。その際のチャンバ３２内の圧力は１３３Ｐａに調整し、原料基板１６の温度を２２０℃に制御するとともに、被成膜基板１５の温度を２００℃に制御する。このような加熱を５分間継続させることにより、厚さ５ｎｍのポリイミド膜が得られた。
【００５６】
なお、上記第２の実施形態では、誘導加熱コイル３９ａ〜３９ｅをチャンバ３２の処理空間内に存在させたが、チャンバ３２の外部に存在させてもよい。また、一度に４枚の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜する例を示したが、これに限らず、熱伝達板の枚数を適宜調整することにより、任意の枚数の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、成膜装置は上記第１および第２の実施形態で用いたものに限らず、他の装置構成であっても構わない。また、被成膜基板と原料形成基板とをそれぞれ独立して加熱するために、局部的に急熱急冷が可能な誘導加熱コイルを用いたが、これに限らずランプ加熱等、他の加熱手段を用いてもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、第１の原料と第２の原料を用いて重合膜を成膜する例を示したが、３つ以上の原料を用いて重合膜を成膜してもよい。また、上記実施形態では、原料モノマーとしてＰＭＤＡおよびＯＤＡを用いてポリイミド膜を成膜する例を示したが、これに限らず、ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）および２，３−ジアミノナフタレン（ＤＡＮ）を用いたポリイミド膜の成膜、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）および４，４′−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）を用いたポリ尿素（ＰＵ）膜の成膜、２，３−ジアミノナフタレン（ＤＡＮ）およびα−ブロモシンナムアルデヒド（ＢＣＡ）を用いたΠ共役導電性高分子であるポリアゾメチン膜の成膜等、複数のモノマー原料から重合膜を形成する種々の場合に適用可能である。
【００５９】
さらに、上記実施形態では第１の原料および第２の原料を同じ温度に加熱した場合について示したが、これに限らず、例えば、図７に示すように、原料形成基板１６上にセラミックス等の断熱性の比較的大きい熱伝導調整治具５１を設け、その上に第１の原料１７および第２の原料１８を形成するようにし、第１の原料１７および第２の原料１８で熱伝導調整治具５１の高さをそれぞれｈ１およびｈ２に調整して熱伝導を調整することにより、第１の原料および第２の原料の加熱温度を異ならせるようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る重合膜の成膜方法は、半導体分野に用いられる三次元実装の絶縁膜等に用いられる高性能の重合膜の成膜に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図。
【図２】図１の装置に用いた誘導加熱コイルを示す平面図。
【図３】本発明の重合膜の成膜方法を実施する際の工程を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明の方法に従って重合膜を形成する際の状態を説明するための模式図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図。
【図６】図５の装置に用いた誘導加熱コイルを示す側面図。
【図７】原料形成基板上の第１の原料および第２の原料の加熱温度を異ならせるための手法を説明するための図。
【符号の説明】
【００６２】
１，３１；成膜装置
２，３２；チャンバ
３；搬入出ポート
４，３４；排気ポート
５；ゲートバルブ
６，３６；排気管
７，３７；真空ポンプ
８，３８；圧力調整バルブ
９ａ，９ｂ，３９ａ〜３９ｅ；誘導加熱コイル
１０ａ，１０ｂ，４０ａ〜４０ｅ；コイル電源
１１，４１；制御部
１４ａ；上部熱伝達板
１４ｂ；下部熱伝達板
１５；被成膜基板
１６；原料形成基板
１７；第１の原料
１８；第２の原料
２０；重合膜
４４ａ〜４４ｅ；熱伝達板
５１；熱伝導調整治具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリイミド等の重合膜を蒸着法で成膜する重合膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化および小型化を実現する技術として、一つの半導体パッケージの中に複数の半導体チップを搭載するシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ；ＳｉＰ）が重要となってきている。この技術において、従来は、半導体チップを平面的に並べて使用する二次元実装が主流であったが、近時、電子機器の一層の小型化の観点から、半導体チップを垂直方向に積層して実装する三次元実装が注目されている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
三次元実装は半導体チップを高密度に積層する観点から、半導体チップ間の絶縁技術が重要となる。この種の絶縁技術にはポリイミドに代表される重合膜を用いることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、このようなチップ間の絶縁には極めて高い絶縁性が要求されるが、一般的な重合膜形成方法である溶媒を用いて塗布する方法で形成された重合膜の場合には、溶媒が抜けるパスがリークポートとなり、絶縁性が不十分である。また、溶媒が抜けるパスは水分侵入のパスともなり、耐水性も不十分である。
【０００５】
このような問題が生じない高性能の重合膜を形成する技術として、２種以上の原料モノマーをそれぞれ別個の容器に充填し、これを加熱して蒸発させ、ガス状の原料モノマーを真空に保持されたチャンバに供給して基板上に重合膜を蒸着する技術が提案されている（特許文献１、非特許文献２等）。
【０００６】
このような技術では、原料モノマーを貯留した容器を加熱して蒸発させ、ガス状態を保ったまま配管を通してチャンバまで供給する必要があるため、配管をヒーターにより温度制御しつつ高温マスフローコントローラにより流量制御して原料モノマーの供給を行う。
【０００７】
しかしながら、原料によっては配管温度を２００℃付近に保持する必要があり、配管やバルブの耐熱性が不十分であるという問題がある。また、ヒーターによる加熱の際に温度むらが発生して、原料の供給が不安定になる。
【特許文献１】特開平５−１７１４１５号公報
【非特許文献１】Eric Beyne, Proceedingsof the International Interconnect Technology Conference 2006, pp.1-5
【非特許文献２】High Perform. Polym.5(1993) 229-237
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、蒸着により重合膜を成膜する際に、原料を加熱して供給する際の上記不都合が生じない重合膜の成膜方法および成膜装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、前記処理容器内を真空雰囲気とし、前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜方法を提供する。
【００１０】
上記第１の観点の成膜方法において、前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成することができる。また、前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成することができる。さらに、前記複数の原料は、第１の原料および第２の原料からなるものとすることができ、この場合に、前記第１の原料および前記第２の原料を、前記第１の基板の原料形成面に市松模様状に形成することができる。
【００１１】
前記第１の基板および前記第２の基板は、それぞれ異なる加熱機構を用いて加熱することが好ましく、前記加熱機構としては、誘導加熱コイルを有するものを用いることが好ましい。
【００１２】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されている構成とすることができる。
【００１３】
上記第１の観点の成膜方法の典型例として、前記複数の原料として、ピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を用い、重合膜としてポリイミド膜を成膜することを挙げることができる。この場合に、前記第１の温度は２００〜２６０℃であり、前記第２の温度は１８０〜２３０℃である。
【００１４】
本発明の第２の観点では、内部が真空に保持可能な処理容器と、前記処理容器内を所定の真空雰囲気とするための排気機構と、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように対向して支持する基板支持手段と、前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱する第１の加熱機構と、前記第２の基板を前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱する第２の加熱機構とを具備し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜装置を提供する。
【００１５】
上記第２の観点の成膜装置において、前記第１および第２の加熱機構は、それぞれ前記第１の基板、前記第２の基板を独立して急速加熱するものとすることができ、具体的には前記第１および第２の加熱機構として、誘導加熱コイルを有するものを用いることが好ましい。この場合に、前記基板支持手段は、前記第１の基板および前記第２の基板をそれぞれ支持するとともに、誘導加熱による熱をそれぞれ前記第１の基板および前記第２の基板に伝熱する一対の熱伝達部材を有するものとすることができる。
【００１６】
上記第２の観点の成膜装置において、前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されたものとすることができる。また、前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成することができる。
【００１７】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されている構成とすることができる。
【００１８】
前記基板支持手段は、第１の基板と第２の基板の対を複数対支持し、前記第１の加熱機構および前記第２の加熱機構により、各対の第１の基板および第２の基板をそれぞれ第１の温度および第２の温度に加熱するようにする構成とすることができる。
【００１９】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、前記第１の基板および前記第２の基板を、それぞれ独立して所望の温度になるように加熱し、前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成するので、原料を加熱して形成された高温のガスを配管に供給する際の耐熱性の問題や、ヒーターによる加熱の際に温度むらによる原料供給の不安定性の問題を生じさせずに、極めて簡便な方法で安定して重合膜を成膜することができる。また、原料形成基板と被成膜基板とを誘導加熱のような急熱急冷可能な加熱機構により独立の温度で加熱することにより、所望の温度以外の温度で原料が供給される危険や、重合温度が制限される危険を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図である。
【００２２】
この成膜装置１は、チャンバ２を有しており、チャンバ２の側壁には搬入出ポート３および排気ポート４が設けられている。搬入出ポート３はゲートバルブ５によって開閉可能となっている。また排気ポート４には排気管６が接続されており、排気管６には圧力調整バルブ８および真空ポンプ７が接続され、真空ポンプ７を作動しつつ圧力調整バルブ８の開度を制御することによりチャンバ２内を所定の真空度に調整するようになっている。また、図示しないガス供給系からチャンバ２内にＡｒガス等の不活性ガスを導入することによりチャンバ２内の圧力を調整することができるようになっている。なお、チャンバ２内をクリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系が設けられていてもよい。
【００２３】
チャンバ２の上壁および底壁には、それぞれ誘導加熱コイル９ａおよび９ｂが設けられている。誘導加熱コイル９ａおよび９ｂは、図２に示すように渦巻き状をなしており、それぞれコイル電源１０ａおよび１０ｂが接続されている。これらコイル電源１０ａおよび１０ｂは制御部１１に接続され、この制御部１１により制御されるようになっている。そして、制御部１１によりコイル電源１０ａおよび１０ｂの出力を制御することにより、誘導加熱コイル９ａおよび９ｂによる加熱温度を制御するようになっている。また、チャンバ壁には、図示しないウォールヒーターが設けられており、チャンバ壁の温度を所定の温度に制御することが可能となっている。
【００２４】
誘導加熱コイル９ａの下方および誘導加熱コイル９ｂの上方には、これらを遮蔽する遮蔽部材１２ａおよび１２ｂが設けられており、遮蔽部材１２ａおよび１２ｂは、取り付け部材１３によりチャンバ２に取り付けられている。
【００２５】
チャンバ２の内部には、遮蔽部材１２ａを介して誘導加熱コイル９ａに対向するように上部熱伝達板１４ａが設けられており、また遮蔽部材１２ｂを介して誘導加熱コイル９ｂに対向するように下部熱伝達板１４ｂが設けられている。
【００２６】
上部熱伝達板１４ａには重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が適宜の支持手段により成膜面を下向きにして支持され、下部熱伝達板１４ｂには重合膜を成膜するための原料が上面に形成された原料形成基板１６が載置される。
【００２７】
原料形成基板１６には、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８が、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターン、例えば市松模様等に形成されている。第１および第２の原料１７および１８は、重合膜を形成するためのモノマー原料であり、得ようとする重合膜がポリイミドの場合、これら原料としてピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を挙げることができる。
【００２８】
そして、誘導加熱コイル９ｂに通電することにより下部熱伝達板１４ｂが誘導加熱され、その伝熱で原料形成基板１６が第１の温度に加熱されることにより、第１の原料１７および第２の原料１８が蒸発する。また、誘導加熱コイル９ａに通電することにより上部熱伝達板１４ａが誘導加熱され、その伝熱で被成膜基板１５が第２の温度に加熱され、被成膜基板１５の表面で蒸発した第１の原料１７および第２の原料１８が被成膜基板１５表面で反応し、重合膜が成膜される。すなわち、誘導加熱コイル９ｂが原料を蒸発させる第１の加熱機構として機能し、誘導加熱コイル９ａが重合反応を生じさせる第２の加熱機構として機能する。
【００２９】
制御部１１は、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電制御の他、排気の制御、ガス供給制御、ゲートバルブの開閉制御、基板の搬送制御等を行うようになっており、実制御を行うコントローラ（コンピュータ）と、オペレータが制御のための入力操作を行うキーボードやディスプレイ等からなるユーザーインターフェースと、処理レシピ等の制御のための情報が記憶された記憶媒体がセット可能な記憶部とを有している。
【００３０】
次に、このように構成される成膜装置１により、重合膜を成膜する方法について図３のフローチャートを参照して説明する。以下の方法は、制御部１１の記憶部内にセットされた記憶媒体に記憶されている処理レシピに従って行われる。
まず、ゲートバルブ５を開いて被成膜基板１５および原料形成基板１６を搬入出ポート３からチャンバ２内に搬入し、被成膜基板１５を上部熱伝達板１４ａに、原料形成基板１６を下部熱伝達板１４ｂにセットする（ステップ１）。
【００３１】
次に、ゲートバルブ５を閉じてチャンバ２内を密閉空間とし、真空ポンプ７によりチャンバ２内を真空引きし、必要に応じて図示しないガス導入機構から不活性ガスをチャンバ２内に導入することにより、チャンバ２内を所定の真空度に調整する（ステップ２）。
【００３２】
この状態で、誘導加熱コイル９ｂに通電して下部熱伝達板１４ｂを誘導加熱し、その伝熱で原料形成基板１６を第１の温度に加熱するとともに、誘導加熱コイル９ａに通電して上部熱伝達板１４ａを誘導加熱し、その伝熱で被成膜基板１５を第２の温度に加熱する（ステップ３）。
【００３３】
第１の温度は、原料形成基板１６に形成された第１の原料１７および第２の原料１８を蒸発させるのに適した温度に設定され、第２の温度は、被成膜基板１５上で第１の原料１７および第２の原料１８が重合するのに適した温度に設定される。このため、図４に示すように、第１の温度Ｔ１に加熱された原料形成基板１６から第１の原料１７、例えばＰＭＤＡ、および第２の原料１８、例えばＯＤＡが蒸発し、第２の温度Ｔ２に加熱された被成膜基板１５の表面でこれら第１の原料１７および第２の原料１８が重合反応を生じる。したがって、このような加熱を所定時間継続することにより、被成膜基板１５の表面に所定厚さの重合膜２０、例えばポリイミド膜が形成される（ステップ４）。
【００３４】
なお、原料としてＰＭＤＡおよびＯＤＡを用いて重合膜としてポリイミド膜を成膜する場合には、第１の温度を２００〜２６０℃、第２の温度を１８０〜２３０℃とすることができる。
【００３５】
原料形成基板１６上に形成する第１の原料１７および第２の原料１８の比率を、これらが第１の温度で蒸発した際に得ようとする重合膜の化学量論組成が得られるような比率にしておくことにより、所望の組成の重合膜２０を得ることができる。また、第１の原料１７および第２の原料１８を所望の膜厚の重合膜が得られる量で形成しておき、原料を全て蒸発させた時点で処理を停止するようにしてもよい。原料形成基板１６は、成膜後に第１および第２の原料１７，１８を再度形成することもできる。
【００３６】
このようにして重合膜２０を形成した後、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電を遮断して加熱を停止し（ステップ５）、ゲートバルブ５を開けて重合膜２０が形成された被成膜基板１５および原料が蒸発した後の原料形成基板１６を搬出する（ステップ６）。
【００３７】
所定回数の成膜が終了したら、チャンバ２の壁面をウォールヒーター（図示せず）により加熱しつつ、クリーニングガスにより、チャンバ２内のクリーニングを行ってもよい。
【００３８】
本実施形態によれば、原料形成基板１６上に、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８を、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターンで固体状に形成しておき、この原料形成基板１６を誘導加熱により第１の温度に加熱してこれら原料を蒸発させ、誘導加熱により重合反応が生じる第２の温度に加熱された被成膜基板１５表面に蒸着させ、そこで重合反応を生じさせるので、原料を加熱して形成された高温のガスを配管に供給する際の耐熱性の問題や、ヒーターによる加熱の際に温度むらによる原料供給の不安定性の問題を生じさせずに、極めて簡便な方法で安定して重合膜を成膜することができる。また、原料形成基板１６と被成膜基板１５とを誘導加熱により独立の温度に急熱急冷することができるので、所望の温度以外の温度で原料が供給される危険や、重合温度が制限される危険を回避することができる。
【００３９】
次に、本実施形態における具体的な実施例について説明する。
図１に示した成膜装置において、誘導加熱コイル９ａ，９ｂとしてパンケーキ型のものを用い、上部熱伝達板１４ａおよび下部熱伝達板１４ｂとして直径２１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラファイト板を用い、図示しないＡｒガス供給系、クリーニングガス供給系、ウォールヒーターを設けた。
【００４０】
被成膜基板１５としては２００ｍｍＳｉウエハを用い、原料形成基板１６としては、２００ｍｍＳｉウエハの表面に、印刷方式で、第１の原料１７としてＰＭＤＡを、第２の原料１８としてＯＤＡを、それぞれ５μｍ角で１μｍのスペースを空けて、市松模様に形成したものを用いた。
【００４１】
以上のような成膜装置を用いて、以下のフローで成膜した。
まず、誘導加熱コイル９ａ，９ｂに通電しない状態で、被成膜基板１５を上部熱伝達板１４ａに、原料形成基板１６を下部熱伝達板１４ｂにセットする。次いで、チャンバ２内を真空排気した後、チャンバ２内の圧力を１３３Ｐａに調整する。
【００４２】
その状態で、制御部１１により、誘導加熱コイル９ｂへの通電を制御しつつ下部熱伝達板１４ｂを誘導加熱し、原料形成基板１６の温度を２２０℃に制御するとともに、誘導加熱コイル９ａへの通電を制御しつつ上部熱伝達板１４ａを誘導加熱し、被成膜基板１５の温度を２００℃に制御する。これにより、原料形成基板１６からＰＭＤＡおよびＯＤＡが蒸発し、被成膜基板１５の表面において重合反応が生じ、ポリイミド膜が成膜される。
【００４３】
ここでは、上記温度での加熱を５分間継続させることにより、厚さ１０００ｎｍのポリイミド膜が得られた。
【００４４】
このようにして、重合膜であるポリイミド膜を成膜した後、誘導加熱コイル９ａ，９ｂへの通電を停止し、チャンバ２内をＡｒガスでパージして大気圧に戻した後、ポリイミド膜が成膜された被成膜基板１５および原料形成基板１６をチャンバ２から搬出する。
【００４５】
所定回数の成膜後、ウォールヒーターにより、チャンバ２壁部の温度を５００℃に制御し、クリーニングガス供給系からクリーニングガスとしてＯ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏなどの酸素源をチャンバ２内に供給してチャンバ２内のクリーニングを行う。このときチャンバ２内にグラファイト板（上部および下部熱伝達板１４ａ，１４ｂ）を配置したままであるとグラファイト板が燃焼分解してしまうので、チャンバ２内からグラファイト板を取り外しておく。
【００４６】
なお、上記第１の実施形態では、誘導加熱コイル９ａ，９ｂをチャンバ２内の処理空間の外部に存在させたが、これに限らず処理空間の内部に存在させてもよい。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
ここでは、複数枚の基板に対して成膜処理を行うバッチ式の装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図である。
【００４８】
この成膜装置３１は、チャンバ３２を有しており、チャンバ３２の側壁には複数の搬入出ポート（図示せず）と、１つの排気ポート３４とを有している。搬入出ポートは複数の基板をそれぞれ搬入出するためのものであり、ゲートバルブ（図示せず）により開閉可能となっている。また、排気ポート３４には排気管３６が接続されており、排気管３６には圧力調整バルブ３８および真空ポンプ３７が接続され、真空ポンプ３７を作動しつつ圧力調整バルブ３８の開度を制御することによりチャンバ３２内を所定の真空度に調整するようになっている。また、図示しないガス供給系からチャンバ３２内にＡｒガス等の不活性ガスを導入することによりチャンバ３２内の圧力を調整することができるようになっている。なお、チャンバ３２内をクリーニングのためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系が設けられていてもよい。
【００４９】
チャンバ３２内には、５枚の熱伝達板４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅが水平にかつ鉛直方向に積み重ねられるように設けられている。これら熱伝達板の外周には、それぞれ誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが設けられている。誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅには、それぞれコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅが接続されており、これらコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅは制御部４１に接続され、この制御部４１により制御されるようになっている。そして、制御部４１によりコイル電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅの出力を制御することにより、誘導加熱コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅによる加熱温度を制御するようになっている。また、チャンバ壁には、図示しないウォールヒーターが設けられており、チャンバ壁の温度を所定の温度に制御することが可能となっている。なお、制御部４１は第１の実施形態１１と同様に構成され、同様の制御を行えるようになっている。
【００５０】
なお、誘導加熱コイル３９ａは、図６に示すように、熱伝達板４４ａの外周を巻回するように設けられている。また、誘導加熱コイル３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅも誘導加熱コイル３９ａと同様に構成されている。
【００５１】
最上部の熱伝達板４４ａの下面には成膜面を下向きにして重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。その下の熱伝達板４４ｂには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜するための原料が形成された原料形成基板１６が支持される。また、その下の熱伝達板４４ｃには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。さらに、その下の熱伝達板４４ｄには、その上下面にそれぞれ重合膜を成膜するための原料が形成された原料形成基板１６が支持される。さらにまた、最下部の熱伝達板４４ｅの上面には成膜面を上向きにして重合膜を成膜すべき被成膜基板１５が支持される。なお、原料形成基板１６には、上述したように、重合膜を形成するための第１の原料１７および第２の原料１８が、塗布、印刷、フォトリソグラフィなどにより、所定パターン、例えば市松模様等に形成されている。
【００５２】
以上のように被成膜基板１５および原料形成基板１６を配置することにより、熱伝達板４４ａと４４ｂとの間、熱伝達板４４ｂと４４ｃとの間、熱伝達板４４ｃと４４ｄとの間、熱伝達板４４ｄと４４ｅとの間に、被成膜基板１５および原料形成基板１６を、成膜面と原料形成面とが対向するように設けることができる。したがって、誘電加熱コイル３９ｂ，３９ｄに通電して熱伝達板４４ｂおよび４４ｄを誘導加熱することにより、その伝熱で原料形成基板１６を第１の温度に加熱し、誘電加熱コイル３９ａ，３９ｃ，３９ｅに通電して熱伝達板４４ａ，４４ｃ，４４ｅを誘導加熱することにより、その伝熱で被成膜基板１５を第２の温度に加熱することにより、原料形成基板１６から蒸発した第１の原料１７および第２の原料１８を対向する被成膜基板１５の成膜面に到達させ、成膜面においてこれら原料が反応して重合膜を成膜することができる。すなわち、誘導加熱コイル３９ｂ，３９ｄが原料を蒸発させる第１の加熱機構として機能し、誘導加熱コイル３９ａ，３９ｃ，３９ｅが重合反応を生じさせる第２の加熱機構として機能する。
【００５３】
第１の実施形態と同様、第１の原料１７および第２の原料は、重合膜を形成するためのモノマー原料であり、得ようとする重合膜がポリイミドの場合、これら原料としてピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を挙げることができる。
【００５４】
この第２の実施形態では、基本的に第１の実施形態と同様にして重合膜を成膜することができるが、１度に４枚の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜することができるので、第１の実施形態よりも高効率である。
【００５５】
この実施形態においても、具体的な実施例として、熱伝達板４４ａ〜４４ｅとして直径２１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのグラファイト板を用い、図示しないＡｒガス供給系、クリーニングガス供給系、ウォールヒーターを設け、被成膜基板１５としては２００ｍｍＳｉウエハを用い、原料形成基板１６としては、２００ｍｍＳｉウエハの表面に、印刷方式で、第１の原料１７としてＰＭＤＡを、第２の原料１８としてＯＤＡを、それぞれ５μｍ角で１μｍのスペースを空けて、市松模様に形成したものを用いて成膜を行った。その際のチャンバ３２内の圧力は１３３Ｐａに調整し、原料基板１６の温度を２２０℃に制御するとともに、被成膜基板１５の温度を２００℃に制御する。このような加熱を５分間継続させることにより、厚さ５ｎｍのポリイミド膜が得られた。
【００５６】
なお、上記第２の実施形態では、誘導加熱コイル３９ａ〜３９ｅをチャンバ３２の処理空間内に存在させたが、チャンバ３２の外部に存在させてもよい。また、一度に４枚の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜する例を示したが、これに限らず、熱伝達板の枚数を適宜調整することにより、任意の枚数の被成膜基板１５に対して重合膜を成膜することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、成膜装置は上記第１および第２の実施形態で用いたものに限らず、他の装置構成であっても構わない。また、被成膜基板と原料形成基板とをそれぞれ独立して加熱するために、局部的に急熱急冷が可能な誘導加熱コイルを用いたが、これに限らずランプ加熱等、他の加熱手段を用いてもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、第１の原料と第２の原料を用いて重合膜を成膜する例を示したが、３つ以上の原料を用いて重合膜を成膜してもよい。また、上記実施形態では、原料モノマーとしてＰＭＤＡおよびＯＤＡを用いてポリイミド膜を成膜する例を示したが、これに限らず、ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）および２，３−ジアミノナフタレン（ＤＡＮ）を用いたポリイミド膜の成膜、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）および４，４′−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）を用いたポリ尿素（ＰＵ）膜の成膜、２，３−ジアミノナフタレン（ＤＡＮ）およびα−ブロモシンナムアルデヒド（ＢＣＡ）を用いたΠ共役導電性高分子であるポリアゾメチン膜の成膜等、複数のモノマー原料から重合膜を形成する種々の場合に適用可能である。
【００５９】
さらに、上記実施形態では第１の原料および第２の原料を同じ温度に加熱した場合について示したが、これに限らず、例えば、図７に示すように、原料形成基板１６上にセラミックス等の断熱性の比較的大きい熱伝導調整治具５１を設け、その上に第１の原料１７および第２の原料１８を形成するようにし、第１の原料１７および第２の原料１８で熱伝導調整治具５１の高さをそれぞれｈ１およびｈ２に調整して熱伝導を調整することにより、第１の原料および第２の原料の加熱温度を異ならせるようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る重合膜の成膜方法は、半導体分野に用いられる三次元実装の絶縁膜等に用いられる高性能の重合膜の成膜に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図。
【図２】図１の装置に用いた誘導加熱コイルを示す平面図。
【図３】本発明の重合膜の成膜方法を実施する際の工程を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明の方法に従って重合膜を形成する際の状態を説明するための模式図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る重合膜の成膜装置を示す断面図。
【図６】図５の装置に用いた誘導加熱コイルを示す側面図。
【図７】原料形成基板上の第１の原料および第２の原料の加熱温度を異ならせるための手法を説明するための図。
【符号の説明】
【００６２】
１，３１；成膜装置
２，３２；チャンバ
３；搬入出ポート
４，３４；排気ポート
５；ゲートバルブ
６，３６；排気管
７，３７；真空ポンプ
８，３８；圧力調整バルブ
９ａ，９ｂ，３９ａ〜３９ｅ；誘導加熱コイル
１０ａ，１０ｂ，４０ａ〜４０ｅ；コイル電源
１１，４１；制御部
１４ａ；上部熱伝達板
１４ｂ；下部熱伝達板
１５；被成膜基板
１６；原料形成基板
１７；第１の原料
１８；第２の原料
２０；重合膜
４４ａ〜４４ｅ；熱伝達板
５１；熱伝導調整治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、
前記処理容器内を真空雰囲気とし、
前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、
前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜方法。
【請求項２】
前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項３】
前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項４】
前記複数の原料は、第１の原料および第２の原料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第１の原料および前記第２の原料は、前記第１の基板の原料形成面に市松模様状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第１の基板および前記第２の基板は、それぞれ異なる加熱機構を用いて加熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項７】
前記加熱機構は、誘導加熱コイルを有することを特徴とする請求項６に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項８】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項９】
前記複数の原料として、ピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を用い、重合膜としてポリイミド膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の温度は２００〜２６０℃であり、前記第２の温度は１８０〜２３０℃であることを特徴とする請求項９に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項１１】
内部が真空に保持可能な処理容器と、
前記処理容器内を所定の真空雰囲気とするための排気機構と、
原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように対向して支持する基板支持手段と、
前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱する第１の加熱機構と、
前記第２の基板を前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱する第２の加熱機構と
を具備し、
前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の加熱機構は、それぞれ前記第１の基板、前記第２の基板を独立して急速加熱することを特徴とする請求項１１に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の加熱機構は、誘導加熱コイルを有することを特徴とする請求項１２に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１４】
前記基板支持手段は、前記第１の基板および前記第２の基板をそれぞれ支持するとともに、誘導加熱による熱をそれぞれ前記第１の基板および前記第２の基板に伝熱する一対の熱伝達部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１５】
前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１６】
前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１７】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１８】
前記基板支持手段は、第１の基板と第２の基板の対を複数対支持し、前記第１の加熱機構および前記第２の加熱機構により、各対の第１の基板および第２の基板をそれぞれ第１の温度および第２の温度に加熱するようにすることがを特徴とする請求項１１から請求項１７に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１９】
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれかの成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように処理容器内に対向して設け、
前記処理容器内を真空雰囲気とし、
前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱して蒸発させるとともに、前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱し、
前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜方法。
【請求項２】
前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項３】
前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項４】
前記複数の原料は、第１の原料および第２の原料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第１の原料および前記第２の原料は、前記第１の基板の原料形成面に市松模様状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第１の基板および前記第２の基板は、それぞれ異なる加熱機構を用いて加熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項７】
前記加熱機構は、誘導加熱コイルを有することを特徴とする請求項６に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項８】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項９】
前記複数の原料として、ピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）および４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を用い、重合膜としてポリイミド膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の温度は２００〜２６０℃であり、前記第２の温度は１８０〜２３０℃であることを特徴とする請求項９に記載の重合膜の成膜方法。
【請求項１１】
内部が真空に保持可能な処理容器と、
前記処理容器内を所定の真空雰囲気とするための排気機構と、
原料形成面に重合膜を形成するための複数の原料を所定パターンで固体状に形成した第１の基板と、重合膜を形成すべき成膜面を有する第２の基板とを、前記原料形成面と前記成膜面とが向き合うように対向して支持する基板支持手段と、
前記第１の基板を前記複数の原料が蒸発する第１の温度に加熱する第１の加熱機構と、
前記第２の基板を前記第２の基板を前記複数の原料が重合反応を生ずる第２の温度に加熱する第２の加熱機構と
を具備し、
前記第１の基板から蒸発した複数の原料を前記第２の基板の前記成膜面で反応させ、前記成膜面に所定の重合膜を形成することを特徴とする重合膜の成膜装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の加熱機構は、それぞれ前記第１の基板、前記第２の基板を独立して急速加熱することを特徴とする請求項１１に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の加熱機構は、誘導加熱コイルを有することを特徴とする請求項１２に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１４】
前記基板支持手段は、前記第１の基板および前記第２の基板をそれぞれ支持するとともに、誘導加熱による熱をそれぞれ前記第１の基板および前記第２の基板に伝熱する一対の熱伝達部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１５】
前記複数の原料は、前記第１の基板の前記原料形成面に塗布、印刷、フォトリソグラフィのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１６】
前記複数の原料は、前記重合膜を得るための化学量論組成で蒸発するように、前記第１の基板の前記原料形成面に形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１７】
前記第１の基板は、前記第１の温度に加熱された際に各原料が最適温度になるように熱伝導を調節するための熱伝導調節部材を介して各原料が形成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１８】
前記基板支持手段は、第１の基板と第２の基板の対を複数対支持し、前記第１の加熱機構および前記第２の加熱機構により、各対の第１の基板および第２の基板をそれぞれ第１の温度および第２の温度に加熱するようにすることがを特徴とする請求項１１から請求項１７に記載の重合膜の成膜装置。
【請求項１９】
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれかの成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７３７４３（Ｐ２０１０−７３７４３Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６８１９（Ｐ２００８−２３６８１９）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【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２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【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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