KR101571019B1 - 성막 장치 - Google Patents

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타츠야 야마구치
마사후미 이시다
히로유키 하시모토
시구레 오무카이
아츠시 안도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

내부에 기판이 반입되는 성막 용기; 상기 성막 용기 내에 반입되어 있는 상기 기판을 가열하는 가열 기구; 상기 성막 용기 내에 밀착 촉진제 가스를 공급하는 밀착 촉진제 공급 기구; 및
상기 가열 기구와 상기 밀착 촉진제 공급 기구를 제어하는 제어부; 를 갖는 성막 장치.
산이무수물로 이루어지는 제1 원료 가스와 디아민으로 이루어지는 제2 원료 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판에 폴리이미드막을 성막하는 경우에, 상기 폴리이미드막을 성막하기 위한 소정 온도까지, 상기 기판이 가열되기까지의 동안에, 상기 밀착 촉진제 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판의 표면을 상기 밀착 촉진제 가스로 처리하도록, 제어부는, 상기 밀착 촉진제 공급 기구를 제어한다.

Description

성막 장치{FILM DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은, 기판에 막을 성막하는 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스에 이용되는 재료는, 최근 무기 재료로부터 유기 재료로 폭을 넓혀가고 있고, 무기 재료에는 없는 유기 재료의 특질 등으로부터 반도체 디바이스의 특성이나 제조 프로세스를 보다 최적인 것으로 할 수 있다.
이러한 유기 재료의 하나로서 폴리이미드를 들 수 있다. 폴리이미드는, 절연성이 높다. 따라서, 기판의 표면에 폴리이미드를 성막하여 얻어지는 폴리이미드막은, 절연막으로서 이용할 수 있어, 반도체 디바이스에 있어서의 절연막으로서 이용하는 것도 가능하다.
이러한 폴리이미드막을 성막하는 방법으로서는, 원료 모노머로서 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)과, 예를 들면 4,4'-옥시디아닐린(ODA)을 포함하는 4,4'-디아미노디페닐에테르를 이용한 증착 중합(vapor deposition polymerization)에 의한 성막 방법이 알려져 있다. 증착 중합은, 원료 모노머로서 이용되는 PMDA 및 ODA를 기판의 표면에서 열중합 반응시키는 방법이다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에서는, PMDA 및 ODA의 모노머를 기화기로 증발시키고, 증발시킨 각각의 증기를 증착 중합실에 공급하여, 기판 상에서 증착 중합시켜 폴리이미드막을 성막하는 성막 방법이 개시되어 있다.
일본특허 제4283910호 공보
그러나, 이러한 PMDA 가스와 ODA 가스를 기판에 공급하여 폴리이미드막을 성막하는 성막 장치에는, 이하와 같은 문제가 있다.
기판에 성막된 폴리이미드막의 막질을 향상시키기 위해, 성막 전의 밀착 촉진제에 의한 표면 처리, 성막 후의 열처리에 의한 이미드화 처리가 필요하다.
밀착 촉진제에 의한 표면 처리는, 폴리이미드막의 성막 전에, 기판 표면을, 예를 들면 실란 커플링제 등의 밀착 촉진제에 의해 처리하는 것이다. 이에 따라, 성막한 폴리이미드막의 밀착력을 향상시킬 수 있다. 그러나, 폴리이미드막의 성막 전에, 폴리이미드막의 성막을 행하는 성막 용기와는 다른 처리 용기 내에서, 밀착 촉진제에 의한 표면 처리를 행하는 경우, 공정수가 증가하고 처리 시간이 증대하여, 단위 시간당의 처리 매수가 저하된다.
또한, 성막 후의 열처리에 의한 이미드화 처리는, 폴리이미드막을 성막한 후, 추가로 열처리하여, 막 중의 폴리이미드의 비율인 이미드화율을 상승시키기 위한 것이다. 이에 따라, 성막한 폴리이미드막의 절연성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 성막 후, 성막 용기로부터 반출한 기판을, 예를 들면 배치 처리 가능한 종형로(縱型爐) 등의 열처리 장치를 이용하여 열처리하는 경우, 보트에 보유지지(holding)되어 있는 기판을 가열하여 온도를 상승시키기 위한 시간을 필요로 한다.
한편, 예를 들면 매엽 처리 가능한 핫 플레이트 등의 열처리 장치에 의해 열처리하는 경우에는, 배치 처리 가능한 열처리 장치에 의해 열처리하는 경우에 비하여, 열처리에 필요로 하는 시간은 짧아진다. 그러나, 매엽 처리이기 때문에, 로트 전체를 처리하는 데에 매우 긴 시간이 걸려, 단위 시간당 성막 처리되는 기판의 매수(스루풋)가 저하된다.
이러한 사정에 기초하여, 본 발명의 일 실시예는, 성막된 폴리이미드막의 막질을 향상시킴과 함께, 단위 시간당 성막 처리되는 기판의 매수를 늘릴 수 있는 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 내부에 기판이 반입되는 성막 용기; 상기 성막 용기 내에 반입되어 있는 상기 기판을 가열하는 가열 기구; 상기 성막 용기 내에 밀착 촉진제 가스를 공급하는 밀착 촉진제 공급 기구; 및 상기 가열 기구와 상기 밀착 촉진제 공급 기구를 제어하는 제어부; 를 갖는 성막 장치로서, 산이무수물로 이루어지는 제1 원료 가스와 디아민으로 이루어지는 제2 원료 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판에 폴리이미드막을 성막하는 경우에, 상기 폴리이미드막을 성막하기 위한 소정 온도까지, 상기 기판이 가열되기까지의 동안에, 상기 밀착 촉진제 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판의 표면을 상기 밀착 촉진제 가스로 처리하도록, 제어부는, 상기 밀착 촉진제 공급 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 성막 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로딩 에어리어를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 용기의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 기구의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착 촉진제 공급 기구의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치를 이용한 성막 처리에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터와 냉각 기구를 제어하는 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착 촉진제로서 실란 커플링제를 이용했을 때의 웨이퍼의 표면에 있어서의 반응을 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 비교예로서 실란 커플링제 및 수증기를 이용했을 때의 웨이퍼의 표면에 있어서의 반응을 나타내는 도면이다.
도 11은 비교예로서 실란 커플링제 및 수증기를 이용했을 때의 웨이퍼의 표면에 있어서의 반응을 나타내는 도면이다.
도 12는 DHF(희(希)불화 수소산) 세정 후, SC1(암모니아 과수) 세정하고 표면을 하이드록시기로 종단할 때의 웨이퍼의 표면 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 처리와 비교예에 따른 성막 처리를 비교하여 나타내는 타임 차트이다.
도 14a 및 도 14b는 폴리이미드막의 이미드화율의 성막 온도 의존성 및 열처리 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 15a 및 도 15b는 보트를 성막 용기 내에 반입했을 때부터 반출할 때까지의 사이의 성막 용기에 설치된 온도 센서의 측정 결과의 일 예를, 냉각 기구를 이용한 경우와 냉각 기구를 이용하지 않는 경우간에 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 성막 장치를 이용한 성막 처리에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성막 용기의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
(적합한 실시예의 상세한 설명)
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면과 함께 설명한다.
(제1 실시 형태)
맨 처음에, 도 1부터 도 15B를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(Pyromellitic Dianhydride, 이하 「PMDA」라고 약기함)을 기화시킨 제1 원료 가스와, 예를 들면 4,4'-3옥시디아닐린(4,4'-Oxydianiline, 이하 「ODA」라고 약기함)을 기화시킨 제2 원료 가스를, 성막 용기 내에 반입되어 있는 기판에 공급함으로써, 기판에 폴리이미드막을 성막하는 성막 장치에 적용할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 성막 장치(10)를 개략적으로 나타내는 종단면도이다. 도 2는 로딩 에어리어(40)를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은 보트(44)의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
성막 장치(10)는, 재치대(로드 포트;load port)(20), 케이스체(30) 및, 제어부(100)를 갖는다.
재치대(로드 포트)(20)는, 케이스체(30)의 앞 부분에 설치되어 있다. 케이스체(30)는, 로딩 에어리어(loading area; 작업 영역)(40) 및 성막 용기(60)를 갖는다. 로딩 에어리어(40)는, 케이스체(30) 내의 하방에 설치되어 있고, 성막 용기(60)는, 케이스체(30) 내로서 로딩 에어리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 또한, 로딩 에어리어(40)와 성막 용기(60)와의 사이에는, 베이스 플레이트(31)가 설치되어 있다. 또한, 후술하는 공급 기구(70)는, 성막 용기(60)에 접속되도록 설치되어 있다.
베이스 플레이트(31)는, 성막 용기(60)의 후술하는 반응관(61)을 설치하기 위한 예를 들면 SUS제의 베이스 플레이트로서, 반응관(61)을 하방에서 상방으로 삽입하기 위한 도시하지 않은 개구부가 형성되어 있다.
재치대(로드 포트)(20)는, 케이스체(30) 내로의 웨이퍼(W)의 반입 반출을 행하기 위한 것이다. 재치대(로드 포트)(20)에는, 수납 용기(21, 22)가 올려놓여져 있다. 수납 용기(21, 22)는, 전면(全面)에 도시하지 않은 덮개를 착탈 가능하게 구비한, 복수매 예를 들면 50매 정도의 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 수납 가능한 밀폐형 수납 용기(후프; FOUPs)이다.
또한, 재치대(20)의 하방에는, 후술하는 이재 기구(transfer mechanism; 47)에 의해 이재된 웨이퍼(W)의 외주에 형성된 절결부(notched parts; 예를 들면 노치)를 일방향으로 맞추기 위한 정렬 장치(얼라이너)(23)가 설치되어 있어도 좋다.
로딩 에어리어(작업 영역)(40)는, 수납 용기(21, 22)와 후술하는 보트(44)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하여, 보트(44)를 성막 용기(60) 내에 반입(로드)하고, 보트(44)를 성막 용기(60)로부터 반출(언로드)하기 위한 것이다. 로딩 에어리어(40)에는, 도어 기구(41), 셔터 기구(42), 덮개체(43), 보트(44), 기대(base; 45a, 45b), 승강 기구(46) 및, 이재 기구(47)가 설치되어 있다.
또한, 덮개체(43) 및 보트(44)는, 본 발명에 있어서의 기판 보유지지부에 상당한다.
도어 기구(41)는, 수납 용기(21, 22)의 덮개를 떼어내어 수납 용기(21, 22) 내를 로딩 에어리어(40) 내에 연통 개방하기 위한 것이다.
셔터 기구(42)는 로딩 에어리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 셔터 기구(42)는, 덮개체(43)를 열고 있을 때, 후술하는 성막 용기(60)의 개구(63)로부터 고온의 로 내의 열이 로딩 에어리어(40)에 방출되는 것을 억제 내지 방지하기 위해 개구(63)를 덮도록(또는 막도록) 설치되어 있다.
덮개체(43)는 보온통(48) 및 회전 기구(49)를 갖는다. 보온통(48)은 덮개체(43) 상에 설치되어 있다. 보온통(48)은, 보트(44)가 덮개체(43)측과의 전열에 의해 냉각되는 것을 방지하고, 보트(44)를 보온하기 위한 것이다. 회전 기구(49)는 덮개체(43)의 하부에 부착되어 있다. 회전 기구(49)는 보트(44)를 회전하기 위한 것이다. 회전 기구(49)의 회전축은 덮개체(43)를 기밀하게 관통하여, 덮개체(43) 상에 배치된 도시하지 않은 회전 테이블을 회전하도록 설치되어 있다.
승강 기구(46)는, 보트(44)의 로딩 에어리어(40)로부터 성막 용기(60)에 대한 반입, 반출시에 있어서, 덮개체(43)를 승강 구동한다. 그리고, 승강 기구(46)에 의해 상승된 덮개체(43)가 성막 용기(60) 내에 반입되어 있을 때에, 덮개체(43)는, 후술하는 개구(63)에 맞닿아 개구(63)를 밀폐하도록 설치되어 있다. 그리고, 덮개체(43)에 올려놓여져 있는 보트(44)는, 성막 용기(60) 내에서 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전 가능하게 보유지지할 수 있다.
또한, 성막 장치(10)는 보트(44)를 복수 갖고 있어도 좋다. 이하, 본 실시 형태에서는, 도 2를 참조하여, 보트(44)를 2개 갖는 예에 대해서 설명한다.
로딩 에어리어(40)에는 보트(44a, 44b)가 설치되어 있다. 그리고, 로딩 에어리어(40)에는, 기대(45a, 45b) 및 보트 반송 기구(45c)가 설치되어 있다. 기대(45a, 45b)는, 각각 보트(44a, 44b)가 덮개체(43)로부터 이재되는 재치대이다. 보트 반송 기구(45c)는, 보트(44a, 44b)를, 덮개체(43)로부터 기대(45a, 45b)로 이재하기 위한 것이다.
보트(44a, 44b)는, 예를 들면 석영제로서, 대구경 예를 들면 직경 300mm의 웨이퍼(W)를 수평 상태로 상하 방향으로 소정의 간격(피치폭)으로 탑재하도록 되어 있다. 보트(44a, 44b)는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 천판(top plate; 50)과 저판(bottom plate; 51)의 사이에 복수개 예를 들면 3개의 지주(columnar support; 52)를 개설하여 이루어진다. 지주(52)에는, 웨이퍼(W)를 보유지지하기 위한 클로우부(claw part; 53)가 설치되어 있다. 또한, 지주(52)와 함께 보조 기둥(54)이 적절히 설치되어 있어도 좋다.
이재 기구(47)는, 수납 용기(21, 22)와 보트(44a, 44b)의 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하기 위한 것이다. 이재 기구(47)는, 기대(57), 승강 아암(58), 및, 복수의 포크(이재판)(59)를 갖는다. 기대(57)는 승강 및 선회 가능하게 설치되어 있다. 승강 아암(58)은, 볼 나사 등에 의해 상하 방향으로 이동 가능(승강 가능)하게 설치되고, 기대(57)는, 승강 아암(58)에 수평 선회 가능하게 설치되어 있다.
도 4는, 성막 용기(60)의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
성막 용기(60)는, 예를 들면, 복수매의 피처리 기판 예를 들면 박판 원판 형상의 웨이퍼(W)를 수용하여 소정의 처리 예를 들면 CVD 처리 등을 시행하기 위한 종형로로 할 수 있다. 성막 용기(60)는, 반응관(61), 히터(62), 냉각 기구(65), 공급 기구(70), 밀착 촉진제 공급 기구(80), 퍼지 가스 공급 기구(90) 및 배기 기구(95)를 갖는다.
또한, 히터(62)는, 본 발명에 있어서의 가열 기구에 상당한다.
반응관(61)은, 예를 들면 석영제로서, 세로로 긴 형상을 갖고 있고, 하단에 개구(63)가 형성되어 있다. 히터(가열 장치)(62)는, 반응관(61)의 주위를 덮도록 설치되어 있고, 반응관(61) 내를 소정의 온도 예를 들면 50∼1200℃로 가열 제어 가능하다. 또한, 반응관(61) 내의 웨이퍼(W)의 온도는, 반응관(61)의 주위를 덮도록 설치되어 있는 히터(62)와, 후술하는 인젝터(72)의 근방에 설치되어, 인젝터(72)의 내부의 온도를 제어하는 인젝터 히터(77)에 의해 제어되어도 좋다.
도 5는, 냉각 기구(65)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
냉각 기구(65)는, 송풍기(블로어)(66), 송풍관(67), 배기관(68)을 갖는다. 송풍기(블로어)(66)는, 히터(62)가 설치되어 있는 공간(62a) 내에 공기를 송풍하여 성막 용기(60)를 냉각하기 위한 것이다. 송풍관(67)은, 송풍기(66)로부터의 공기를 히터(62)로 보내기 위한 것이며, 공간(62a)에 접속되어 있다. 배기관(68)은, 히터(62) 내의 공기를 배출하기 위한 것이며, 공간(62a)에 접속되어 있다.
또한, 공간(62a) 내의 공기는 배기관(68)으로부터 열교환기(69)를 통하여 공장 배기계로 배출되게 되어도 좋다. 혹은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 열교환기(69)를 설치하여, 공장 배기계로 배출하지 않고, 열교환기(69)에서의 열교환 후에 송풍기(66)의 흡인측으로 되돌려, 순환 사용하도록 해도 좋다. 또한, 그 경우, 에어 필터(69a)를 통하여 순환시키면 더욱 좋다. 에어 필터(69a)는, 송풍기(66)의 흡입측에 설치되어 있어도 좋지만, 송풍기(66)의 취출측에 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 열교환기(69)는 히터(62)로부터의 폐열을 이용하기 위한 것이기도 하다.
이때, 성막 장치에는, 후술하는 제어부(100)의 일부로서, 온도 센서(101) 및 온도 컨트롤러(102)가 설치되어 있어도 좋다.
온도 센서(101)는, 성막 용기(60) 내의 온도(웨이퍼(W)의 온도)를 검출하기 위한 것이다. 온도 컨트롤러(102)는, 온도 센서(101)가 검출한 검출 온도를 피드백시키면서 히터(62)에 공급하는 전력과 송풍기(66)에 공급하는 전력을 제어하기 위한 제어 장치이다. 온도 컨트롤러(102)에는 온도 센서(101)로부터의 신호가 입력되어 있다. 또한, 온도 컨트롤러(102)에는, 성막 용기(60) 내의 온도가 효율 좋게 설정 온도(소정 온도)에 수속되도록, 히터(62)에 공급하는 전력과 송풍기(66)에 공급하는 전력을 제어하기 위한 프로그램(시퀀스)이 조입되어 있다. 히터(62)는, 온도 컨트롤러(102)로부터의 제어 신호에 의해, 공급되는 전력이, 전력 컨트롤러 예를 들면 사이리스터(thyristor; 103)를 통하여 제어된다. 또한, 송풍기(66)는, 온도 컨트롤러(102)로부터의 신호에 의해, 공급되는 전력이, 전력 컨트롤러 예를 들면 인버터(104)를 통하여 제어되게 되어 있다.
또한, 인젝터 히터(77)가 설치되어 있을 때에는, 온도 컨트롤러(102)는, 온도 센서(101)가 검출한 검출 온도를 피드백시키면서 히터(62) 및 인젝터 히터(77)에 공급하는 전력과 송풍기(66)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 온도 컨트롤러(102)에는, 성막 용기(60) 내의 온도가 효율 좋게 설정 온도(소정 온도)에 수속되도록, 히터(62) 및 인젝터 히터(77)에 공급하는 전력과 송풍기(66)에 공급하는 전력을 제어하기 위한 프로그램(시퀀스)이 조입되어 있다. 인젝터 히터(77)도, 온도 컨트롤러(102)로부터의 제어 신호에 의해, 공급되는 전력이, 전력 컨트롤러 예를 들면 사이리스터(103)를 통하여 제어된다.
본 실시 형태에서는, 온도 컨트롤러(102)가, 웨이퍼(W)의 온도를, 웨이퍼(W)에 폴리이미드막을 성막할 때의 소정 온도(성막 온도)까지 상승시킬 때에, 온도 센서(101)로부터의 신호를 수취하고, 수취한 신호에 기초하여, 히터(62)에 공급하는 전력과, 냉각 기구(65)에 공급하는 전력을 제어한다. 그리고, 제어부(100)는, 히터(62)의 가열량과 송풍기(66)의 냉각량을 제어한다. 이에 따라, 성막 온도가 예를 들면 200℃ 정도의 저온 영역에 있을 때에, 웨이퍼(W)의 온도를 상승시키는 승온 과정에 있어서, 성막 온도로 수속시키는 수속 시간, 즉 후술하는 리커버리 공정의 소요 시간을 단축화할 수 있음과 함께, 수속된 후, 웨이퍼(W)의 온도의 안정성을 향상시킬 수 있다.
공급 기구(70)는, 원료 가스 공급부(71), 및, 성막 용기(60) 내에 설치된 인젝터(72)를 포함한다. 인젝터(72)는 공급관(73a)을 포함한다. 원료 가스 공급부(71)는, 인젝터(72)의 공급관(73a)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 공급 기구(70)는, 제1 원료 가스 공급부(71a) 및 제2 원료 가스 공급부(71b)를 갖고 있어도 좋다. 이때, 제1 원료 가스 공급부(71a) 및 제2 원료 가스 공급부(71b)는, 각각 밸브(71c, 71d)를 통하여, 인젝터(72)(공급관(73a))에 접속되어 있다. 제1 원료 가스 공급부(71a)는, 예를 들면 PMDA 원료를 기화하기 위한 제1 기화기(74a)를 가지며, PMDA 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제2 원료 가스 공급부(71b)는, 예를 들면 ODA 원료를 기화하기 위한 제2 기화기(74b)를 가지며, ODA 가스를 공급할 수 있다.
공급관(73a)에는 성막 용기(60) 내에 개구하는 공급공(75)이 형성되어 있다. 인젝터(72)는, 원료 가스 공급부(71)로부터 공급관(73a)을 흐르는 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를, 공급공(75)을 통하여 성막 용기(60) 내에 공급한다.
또한, 공급관(73a)은, 상하 방향으로 연재되도록 설치되어 있어도 좋다. 그리고, 공급관(73a)에는, 복수의 공급공(75)이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 공급공(75)의 형상은, 원형, 타원형, 직사각형 등 각종의 형상이라도 좋다.
인젝터(72)는, 내측 공급관(73b)을 포함하는 것이 바람직하다. 내측 공급관(73b)은, 공급관(73a)의 공급공(75)이 형성되어 있는 부분보다도 상류측의 부분에 수용되어 있어도 좋다. 그리고, 내측 공급관(73b)의 하류측의 단부 부근에는, 공급관(73a)의 내부 공간에 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스의 어느 한쪽의 원료 가스를 공급하기 위한 개구(76)가 형성되어 있어도 좋다. 이러한 구조를 갖는 내측 공급관(73b)을 포함함으로써, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 공급공(75)으로부터 성막 용기(60) 내에 공급하기 전에, 미리 공급관(73a)의 내부 공간에 있어서 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 충분히 혼합시킬 수 있다.
또한, 이하에서는, 공급관(73a)에 제1 원료 가스를 공급하고, 내측 공급관(73b)에 제2 원료 가스를 공급하는 경우를 예시하여, 설명한다. 그러나, 내측 공급관(73b)에 제1 원료 가스를 공급하고, 공급관(73a)에 제2 원료 가스를 공급해도 좋다.
또한, 개구(76)의 형상은, 원형, 타원형, 직사각형 등 각종의 형상이라도 좋다.
본 실시 형태는, 보트(44)가 복수의 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 소정의 간격으로 보유지지하는 예에 대해서 설명하는 것이다. 이때, 공급관(73a)과 함께, 내측 공급관(73b)도, 상하 방향으로 연재되도록 설치되어 있어도 좋다. 또한, 하방측을 상류측, 상방측을 하류측으로 할 때에는, 내측 공급관(73b)은, 공급관(73a)의 공급공(75)이 형성되어 있는 부분보다도 하방측의 부분에 있어서, 공급관(73a)의 내부에 수용되도록 설치되어 있어도 좋다. 그리고, 내측 공급관(73b)의 상단부 부근에는, 공급관(73a)의 내부 공간과 연통하기 위한 개구(76)가 설치되어 있어도 좋다.
공급 기구(70)는, 예를 들면 공급관(73a)에 제1 원료 가스를 흘림과 함께, 내측 공급관(73b)에 제2 원료 가스를 흘린다. 그리고, 내측 공급관(73b)을 흐르는 제2 원료 가스를, 개구(76)를 통하여 공급관(73a)에 합류시켜, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 혼합시킨 상태에서, 공급공(75)을 통하여 성막 용기(60) 내에 공급한다.
또한, 공급관(73a)의 근방에는, 공급관(73a)의 내부의 온도를 제어하는 인젝터 히터(77)가 설치되어 있어도 좋다. 또한, 전술한 바와 같이, 반응관(61) 내의 웨이퍼(W)의 온도는, 인젝터 히터(77)와 히터(72)에 의해 제어되어도 좋다.
도 6은, 밀착 촉진제 공급 기구(80)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 6에서는, 성막 용기(60), 보트(44) 및 밀착 촉진제 공급 기구(80) 이외의 도시를 생략하고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 밀착 촉진제 공급 기구(80)는, 밀착 촉진제 공급부(81) 및 성막 용기(60) 내에 설치된 공급관(82)을 포함한다. 밀착 촉진제 공급부(81)는, 밸브(81a)를 통하여, 공급관(82)에 접속되어 있다. 밀착 촉진제 공급 기구(80)는, 밀착 촉진제를 기화시킨 밀착 촉진제 가스를 성막 용기(60) 내에 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면을 밀착 촉진제 가스에 의해 처리하기 위한 것이다.
밀착 촉진제 공급부(81)는, 보유지지 용기(83), 가스 도입부(84) 및 가스 도출부(85)를 갖는다.
보유지지 용기(83)의 내부에는, 예를 들면 실란 커플링제 등의 밀착 촉진제(SC)가 충전 가능하게 설치되어 있다. 보유지지 용기(83)의 내부에는, 가열 기구(86)가 설치되어 있어, 보유지지 용기(83)의 내부에 충전된 밀착 촉진제(SC)를, 가열 기구(86)에 의해 가열하여 기화할 수 있다. 또한, 가열 기구(86)로서 히터 등을 이용할 수 있다. 또한, 보유지지 용기(83)를 가열할 수 있으면 좋고, 가열 기구(86)는, 보유지지 용기(83)의 임의의 장소에 설치할 수 있다.
가스 도입부(84)는, 보유지지 용기(83)에, 보유지지 용기(83)에서 기화된 밀착 촉진제 가스를 반송하기 위한 예를 들면 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 밀착 촉진제 캐리어 가스를, 밀착 촉진제 캐리어 가스 공급부(87)로부터 도입한다. 가스 도입부(84)는, 가스 도입관(84a) 및 가스 도입구(84b)를 갖는다. 가스 도입관(84a)은, 밀착 촉진제 가스를 반송하는 밀착 촉진제 캐리어 가스를 보유지지 용기(83)의 외부로부터 보유지지 용기(83)의 내부로 도입하기 위한 배관이다. 가스 도입관(84a)은, 보유지지 용기(83)의 상면을 관통하도록 보유지지 용기(83)의 상면에 부착됨과 함께, 보유지지 용기(83)의 내부를 상방으로부터 하방으로 연재하도록 설치되어 있다. 또한, 가스 도입관(84a)은, 일단(一端)이 보유지지 용기(83)의 저부에 있어서 개구함과 함께, 타단(他端)이 보유지지 용기(83)의 외부에서 밀착 촉진제 캐리어 가스 공급부(87)에 접속되어 있다. 가스 도입구(84b)는, 가스 도입관(84a)의 하단에 형성된 개구이다.
도 6에서는, 가스 도입구(84b)가 밀착 촉진제(SC)의 액면보다도 하방에 있고, 가스 도입구(84b)로부터 공급된 밀착 촉진제 캐리어 가스가 밀착 촉진제를 버블링하는 경우를 예시하고 있다. 그러나, 가스 도입구(84b)는, 밀착 촉진제(SC)의 액면보다도 상방에 있어도 좋고, 가스 도입구(84b)로부터 공급된 밀착 촉진제 캐리어 가스가 밀착 촉진제(SC)를 버블링하지 않아도 좋다.
가스 도출부(85)는, 보유지지 용기(83)로부터, 밀착 촉진제 캐리어 가스와 함께 기화된 밀착 촉진제 가스를 도출한다. 가스 도출부(85)는, 가스 도출관(85a) 및 가스 도출구(85b)를 갖는다. 가스 도출관(85a)은, 밀착 촉진제 가스 및 밀착 촉진제 캐리어 가스를 보유지지 용기(83)의 내부로부터 보유지지 용기(83)의 외부로 도출하기 위한 배관이다. 가스 도출관(85a)은, 보유지지 용기(83)의 상면을 관통하도록 보유지지 용기(83)의 상면에 부착되어 있다. 또한, 가스 도출관(85a)은, 일단이 보유지지 용기(83)의 내부 상방에서 개구되도록 설치되어 있고, 타단이 성막 용기(60)의 내부에 설치된 공급관(82)에 접속되어 있다. 가스 도출구(85b)는, 가스 도출관(85a)의 하단에 형성된 개구이다.
공급관(82)은, 반응관(61)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어진다. 공급관(82)의 선단에는, 성막 용기(60) 내에 개구하는 공급공(82a)이 형성되어 있다. 공급관(82)은, 밀착 촉진제 공급부(81)로부터 공급관(82)을 흐르는 기화된 밀착 촉진제 가스를, 공급공(82a)을 통하여 성막 용기(60) 내에 공급한다. 공급공(82a)은, 보트(44)에 탑재된 웨이퍼(W)의 근방에, 1개소 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 공급공(82a)으로부터 토출된 밀착 촉진제 가스를, 성막 용기(60) 내에 일률적으로 확산시킬 수 있다.
퍼지 가스 공급 기구(90)는, 퍼지 가스 공급부(91) 및, 퍼지 가스 공급관(92)을 포함한다. 퍼지 가스 공급부(91)는, 퍼지 가스 공급관(92)을 통하여 성막 용기(60)에 접속되어 있어, 성막 용기(60) 내에 퍼지 가스를 공급한다. 또한, 퍼지 가스 공급관(92)의 도중에는, 퍼지 가스 공급부(91)와 성막 용기(60)의 내부를 연통 또는 차단하기 위한 밸브(93)가 설치되어 있다.
배기 기구(95)는, 배기 장치(96) 및 배기관(97)을 포함한다. 배기 기구(95)는, 성막 용기(60) 내로부터 배기관(97)을 통하여 가스를 배기하기 위한 것이다.
제어부(100)는, 예를 들면, 도시하지 않은 연산 처리부, 기억부 및 표시부를 갖는다. 연산 처리부는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)를 갖는 컴퓨터이다. 기억부는, 연산 처리부에, 각종의 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한, 예를 들면 하드 디스크에 의해 구성되는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이다. 표시부는, 예를 들면 컴퓨터의 화면으로 이루어진다. 연산 처리부는, 기억부에 기록된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라서, 보트(44)(기판 보유지지부), 히터(62), 냉각 기구(65), 공급 기구(70), 밀착 촉진제 공급 기구(80), 퍼지 가스 공급 기구(90), 및, 배기 기구(95)를 구성하는 각부에 제어 신호를 보내, 후술하는 성막 처리를 실행한다.
또한, 전술한 바와 같이, 제어부(100)는, 온도 센서(101), 온도 컨트롤러(102), 사이리스터(103) 및 인버터(104)를 갖고 있어도 좋다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 성막 장치를 이용한 성막 처리에 대해서 설명한다. 도 7은, 본 실시 형태에 따른 성막 장치를 이용한 성막 처리에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
실시 형태(실시예)에서는, 성막 처리 개시 후, 스텝 S11로서 성막 용기(60) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다(반입 공정). 도 1에 나타낸 성막 장치(10)의 예에서는, 예를 들면 로딩 에어리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 보트(44a)로 웨이퍼(W)를 탑재하고, 웨이퍼(W)를 탑재한 보트(44a)를 보트 반송 기구(45c)에 의해 덮개체(43)에 올려놓을 수 있다. 그리고, 보트(44a)를 올려놓은 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 상승시켜 성막 용기(60) 내에 삽입함으로써, 웨이퍼(W)를 반입할 수 있다.
다음으로, 스텝 S12에서는, 성막 용기(60)의 내부를 감압한다(감압 공정). 배기 장치(96)의 배기 능력 또는 배기 장치(96)와 배기관(97)과의 사이에 설치되어 있는 도시하지 않은 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 배기관(97)을 통하여 성막 용기(60)를 배기하는 배기량을 증대시킨다. 그리고, 성막 용기(60)의 내부를 소정 압력 예를 들면 대기압(760Torr)으로부터 예를 들면 0.3Torr로 감압한다.
다음으로, 스텝 S13에서는, 웨이퍼(W)의 온도를, 웨이퍼(W)에 폴리이미드막을 성막할 때의 소정 온도(성막 온도)까지 상승시킨다(리커버리 공정).
보트(44a)를 성막 용기(60)의 내부에 반입한 직후는, 성막 용기(60)에 설치된 온도 센서(101)의 온도는, 실온에 가깝기 때문에, 히터(62)에 전력을 공급함으로써, 보트(44a)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)의 온도를 성막 온도까지 상승시킨다.
본 실시 형태에서는, 히터(62)와 냉각 기구(65)에 의해, 웨이퍼(W)의 온도가 성막 온도로 수속되도록 제어한다. 예를 들면, 송풍기(66)의 풍량(냉각량)을 일정하게 유지한 상태에서, 히터(62)에 공급하는 전력(가열량)을 제어할 수 있다(제1 제어 방법). 제1 제어 방법에서는, 송풍기(66)의 풍량을 일정하게 한 상태에서, 웨이퍼(W)의 온도가 성막 온도에 도달하기 직전까지, 히터(62)에 공급하는 전력을 증가시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)의 온도가 성막 온도로 안정되기 직전에, 히터(62)에 공급하는 전력을 감소시켜, 웨이퍼(W)의 온도를 소정의 온도로 수속시킨다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 성막 온도로 수속하는 수속 시간을 단축할 수 있음과 함께, 성막 온도로 수속한 후, 웨이퍼(W)의 온도를 안정되게 제어할 수 있다.
혹은, 웨이퍼(W)의 온도가 성막 온도에 도달하기 직전에, 히터(62)에 공급하는 전력을 감소시킴과 함께, 송풍기(66)의 풍량을 증가시켜 성막 용기(60)를 강제적으로 냉각해, 웨이퍼(W)의 온도를 성막 온도로 수속시켜도 좋다(제2 제어 방법).
도 8a 및 도 8b는, 히터(62)와 냉각 기구(65)를 제어하는 제어 방법의 일 예(제2 제어 방법)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8a는, 웨이퍼(W)의 온도의 시간 의존성을, 냉각 기구(65)를 이용하여 본 실시 형태(실시예)에 따른 제어 방법(제2 제어 방법)을 행한 경우와, 냉각 기구(65)를 이용하지 않는 경우(비교예 1)로 비교하여 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8b는, 본 실시 형태(실시예)에 있어서의, 히터(62)의 가열량과 송풍기(66)의 냉각량의 시간 의존성을 나타내는 그래프이다.
제2 제어 방법에서는, 웨이퍼(W)의 온도가 성막 온도에 도달하기 직전에, 히터(62)에 공급하는 전력(가열량)을 0으로 감소시킴과 동시에, 송풍기(66)의 풍량(냉각량)을 증가시킨다. 이에 따라, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도를 성막 온도로 수속하는 수속 시간을, 비교예 1에 비하여, 시간 T1 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 리커버리 공정에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면을 밀착 촉진제에 의해 처리한다. 즉, 히터(62)에 의해 웨이퍼(W)를 가열함과 함께, 밀착 촉진제 공급 기구(80)에 의해 성막 용기(60) 내에 밀착 촉진제 가스를 공급하고, 공급된 밀착 촉진제 가스에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 처리한다.
도 9a 및 도 9b는, 밀착 촉진제로서 실란 커플링제를 이용했을 때의 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 반응을 나타내는 도면이다. 도 10a∼도 11은, 비교예 2로서 실란 커플링제 및 수증기를 이용했을 때의 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 반응을 나타내는 도면이다.
실란 커플링제로서, 분자 중에 예를 들면 알콕시기(RO-(R; 알킬기))를 갖는 오르가노실란을 이용하는 것이 바람직하다. 도 9에서는, 분자 중에 예를 들면 메톡시기(CH3O-)를 갖는 오르가노실란을 이용한 예를 나타낸다. 그리고, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 표면이 수산기 즉 하이드록시기(-OH)로 종단된 Si 웨이퍼를 이용할 때에는, 실란 커플링제의 메톡시기가, 웨이퍼 표면의 하이드록시기와 열반응하여 메탄올(CH3OH)이 생성됨으로써, 웨이퍼 표면에 흡착된다. 또한, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 표면이 수소 원자(H)로 종단된 Si 웨이퍼를 이용할 때에는, 실란 커플링제의 메톡시기가, 웨이퍼 표면의 수소 원자와 열반응하여 메탄(CH4)이 생성됨으로써, 웨이퍼 표면에 흡착된다.
한편, 비교예 2로서, 분자 중에 예를 들면 알콕시기를 갖는 실란 커플링제와, 수증기를 이용한 경우를 생각한다. 그러면, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 실란 커플링제의 알콕시기가, 분위기 중의 수증기에 의해 가수분해됨으로써, 수산기 즉 하이드록시기(-OH)가 된다. 그리고, 웨이퍼(W)로서, 표면이 하이드록시기(-OH)로 종단된 Si 웨이퍼를 이용할 때에는, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 실란 커플링제의 알콕시기가, 웨이퍼 표면의 하이드록시기와 탈수 축합함으로써, 웨이퍼 표면에 흡착된다.
　혹은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 실란 커플링제의 알콕시기가 수증기에 의해 가수분해되어 하이드록시기가 되고, 추가로 중합 반응하여 올리고머화하는 경우가 있다. 또한, 올리고머화한 실란 커플링제는, 표면이 하이드록시기(-OH)로 종단된 Si 웨이퍼에 가까워지면, 중간체를 거쳐, 추가로 가열 탈수됨으로써, 웨이퍼 표면에 흡착되는 경우가 있다. 이와 같이, 비교예 2에서는, 실란 커플링제가 중합됨으로써, 파티클이 발생할 우려가 있다.
한편, 본 실시 형태에서는, 실란 커플링제가 중합되지 않기 때문에, 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 비교예 2에서는, 수증기를 이용하기 때문에, 후술하는 성막 공정 이후에 있어서, 성막 용기 내에 잔류하는 수증기에 의해, 하기식 (1):
Figure 112012023103893-pat00001
로 나타내는 바와 같이, PMDA의 5원환이 개환한다. PMDA의 5원환이 개환하면, PMDA가 변질되기 때문에, 성막 공정에 있어서, PMDA와 ODA와의 반응이 진행되지 않아, 폴리이미드막이 성막될 수 없다. 한편, 본 실시 형태에서는, 수증기를 이용하지 않기 때문에, 성막 공정에 있어서, PMDA와 ODA와의 반응이 진행되어, 폴리이미드막을 성막할 수 있다.
또한, 비교예 2에서는, 표면이 하이드록시기로 종단된 Si 웨이퍼를 이용하기 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 미리 Si 웨이퍼로 이루어지는 웨이퍼(W)를 DHF(희불화 수소산) 세정하여 표면을 수소 원자로 종단한 후, SC1(암모니아 과수) 세정하여 표면을 하이드록시기로 종단하지 않으면 안 된다. 그 때문에, 웨이퍼 표면의 종단 상태를 조정하는 공정수가 많다. 한편, 본 실시 형태에서는, 표면이 하이드록시기로 종단된 웨이퍼(W), 및, 표면이 수소 원자로 종단된 웨이퍼(W)의 어느 것을 이용해도 좋다. 그 때문에, 웨이퍼 표면의 종단 상태를 조정하는 공정수를 삭감할 수 있다.
또한, 비교예 3에 따른 성막 처리로서, 밀착 촉진제 가스에 의한 표면 처리를, 성막 장치와 따로 설치된 표면 처리 장치를 이용하여 행하는 경우를 생각한다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 성막 처리를 실시예로 하여, 실시예에 따른 성막 처리와 비교예 3에 따른 성막 처리를 비교하여 나타내는 타임 차트이다. 비교예 3에 따른 성막 처리에서는, 반입 공정(스텝 S11) 전에, 성막 용기(60)와 따로 설치된 예를 들면 표면 처리 장치에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 처리 공정(스텝 S10)을 행하지 않으면 안 된다. 따라서, 도 13의 우측에 나타내는 실시 형태(실시예)에 따른 성막 처리는, 도 13의 좌측에 나타내는 비교예 3에 따른 성막 처리에 비하여, 성막 용기(60)와 따로 설치된 표면 처리 장치에 의해 표면 처리 공정을 행하는 시간 T2의 분만큼 처리 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 단위 시간당 성막 처리되는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있다.
다음으로, 스텝 S14에서는, 폴리이미드막을 성막한다(성막 공정).
제어부(100)에 의해, 공급관(73a)에 제1 원료 가스를 흘리는 제1 유량(F1)과, 내측 공급관(73b)에 제2 원료 가스를 흘리는 제2 유량(F2)을 미리 설정해 둔다. 그리고, 회전 기구(49)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킨 상태에서, 설정한 제1 유량(F1)으로 제1 원료 가스 공급부(71a)로부터 제1 원료 가스를 공급관(73a)에 흘리고, 설정한 제2 유량(F2)으로 제2 원료 가스 공급부(71b)로부터 제2 원료 가스를 내측 공급관(73b)에 흘림으로써, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 소정의 혼합비로 혼합시킨 상태로 성막 용기(60) 내에 공급한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면에서 PMDA와 ODA를 중합 반응시켜, 폴리이미드막을 성막한다. 구체적으로는, 예를 들면 제1 유량(F1)을 900sccm으로 하고, 제2 유량(F2)을 900sccm으로 할 수 있다.
이때의 PMDA와 ODA와의 중합 반응은 다음의 식 (2)에 따른다.
Figure 112012023103893-pat00002
성막 공정에서는, 웨이퍼(W)의 측방의 일점으로부터 가스를 공급하고 있기 때문에, 원료 가스는 웨이퍼(W)의 주연부에는 도달하기 쉽지만, 웨이퍼(W)의 중심부에는 도달하기 어렵다. 따라서, 중심부에 있어서의 성막 속도와 주연부에 있어서의 성막 속도를 동일하게 하고, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 막두께를 균일하게 하기 위해서는, 이하에 서술하는 바와 같이, 원료 가스의 유량, 성막 용기 내의 압력, 웨이퍼(W)의 간격을 제어하는 것이 중요하다.
또한, 웨이퍼(W)의 표면 전면이 밀착 촉진제에 의해 처리되어 있지 않으면, 원료 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 도달해도, 성막 속도가 상이한 경우가 있다. 본 실시 형태(실시예)에서는, 성막 공정 직전의 리커버리 공정에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면 전면을 밀착 촉진제에 의해 균일하게 처리할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 전면에 있어서 성막 속도를 균일하게 할 수 있고, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 막두께를 균일하게 할 수 있다.
비교예 3에 따른 성막 처리를 행했을 때, 즉 밀착 촉진제 가스에 의한 표면 처리를, 성막 용기(60)와 다른 표면 처리 장치에 의해 행했을 때, 성막된 폴리이미드막의 막두께의 면내 균일성(1σ)은 3.5％였다. 한편, 실시 형태(실시예)에 따른 성막 처리를 행했을 때, 즉, 밀착 촉진제 가스에 의한 표면 처리를, 성막 용기(60) 내에서 행했을 때, 성막된 폴리이미드막의 막두께의 면내 균일성(1σ)은 2.1％였다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의해, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 막두께를 균일하게 할 수 있다.
다음으로, 스텝 S15에서는, 제1 원료 가스 공급부(71a)로부터의 PMDA 가스의 공급 및 제2 원료 가스 공급부(71b)로부터의 ODA 가스의 공급을 정지하고, 성막 용기(60)의 내부를 퍼지 가스에 의해 퍼지한다(퍼지 공정).
밸브(71c)를 닫고, 제1 원료 가스 공급부(71a)로부터의 제1 원료 가스의 공급을 정지한다. 또한, 밸브(71d)를 닫고, 제2 원료 가스 공급부(71b)로부터의 제2 원료 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 퍼지 가스 공급 기구(90)와 배기 기구(95)를 제어함으로써, 성막 용기(60)의 내부의 원료 가스를 퍼지 가스로 치환한다.
예를 들면, 배기 장치(96)의 배기 능력 또는 배기 장치(96)와 배기관(97)과의 사이에 설치되어 있는 도시하지 않은 유량 조정 밸브를 조정하여 배기량을 늘림으로써, 성막 용기(60)의 내부를 예를 들면 0.3Torr로 감압한다. 그 후, 배기량을 감소시키거나, 또는 배기량을 0으로 하여 배기를 정지한 상태에서, 성막 용기(60) 내의 내부의 압력이 예를 들면 5.0Torr가 되기까지, 밸브(93)를 열어 퍼지 가스 공급 기구(90)에 의해 퍼지 가스를 성막 용기(60) 내에 공급한다. 이에 따라, 성막 용기(60) 내의 원료 가스를 퍼지 가스로 치환할 수 있다. 또한, 배기 기구(95)에 의한 감압과, 퍼지 가스 공급 기구(90)에 의한 퍼지 가스의 공급을 1회 행한 후, 추가로 감압과 퍼지 가스의 공급을 복수회 반복해도 좋다. 이에 따라, 성막 용기(60) 내의 원료 가스를, 더욱 확실히 퍼지 가스로 치환할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 퍼지 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 성막된 폴리이미드막을 히터에 의해 열처리해도 좋다. 열처리는, 성막 후, 막 중의 이미드화되어 있지 않은 부분을 이미드화하기 위해 행한다. 폴리이미드는 높은 절연성을 갖기 때문에, 막 중의 폴리이미드의 비율인 이미드화율을 상승시킴으로써, 성막한 폴리이미드막의 절연성을 향상시킬 수 있다.
도 14a 및 도 14b는, 폴리이미드막의 이미드화율의 성막 온도 의존성 및 열처리 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 14a는, 이미드화율의 성막 온도 의존성 및 열처리 온도 의존성을 나타낸다. 도 14b는, 이미드화율의 열처리 온도 의존성을 나타낸다. 도 14에 있어서의 이미드화율은, 성막 후의 폴리이미드막을 FT-IR법에 의해 분석하여 얻은 데이터이다.
도 14a에 나타내는 바와 같이, 성막 온도가 200℃ 미만이며, 열처리 온도가 200℃ 미만의 경우, 이미드화율이 저하한다. 따라서, 성막 온도 및 열처리 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절연성이 우수한 폴리이미드막을 얻을 수 있다.
또한, 도 14B에 나타내는 바와 같이, 열처리 온도가 200∼300℃에서는, 열처리 온도의 증가에 수반하여, 이미드화율이 상승한다. 열처리 온도가 300∼350℃에서는, 350℃ 부근에 있는 유리 전이 온도의 영향을 받아, 이미드화율은 거의 변화하지 않는다. 열처리 온도가 350∼380℃에서는, 열처리 온도의 증가에 수반하여, 이미드화율이 급격하게 상승하고, 380℃에서 이미드화율이 대략 100％에 도달한다. 따라서, 380℃ 이상의 온도, 예를 들면 400℃ 이상의 온도로 열처리를 행하는 것이 보다 바람직하다. 이에 따라, 폴리이미드막을 대략 완전하게 이미드화할 수 있고, 또한 절연성이 우수한 폴리이미드막을 얻을 수 있다.
또한, 200℃의 성막 온도로 성막한 폴리이미드막을 200℃의 열처리 온도로 열처리할 때의 열처리 시간을 10분, 20분, 40분, 70분으로 바꾼 경우에 있어서의, 리크 전류 및 이미드화율을 조사한 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서는, 1.0MV/㎝의 전계를 인가했을 때의 리크 전류를 나타낸다.
Figure 112012023103893-pat00003
표 1에 나타내는 바와 같이, 열처리 시간을 70분, 40분, 20분으로 줄여가도, 리크 전류는 1.74∼1.80nA/㎠의 범위에서 거의 변화하지 않지만, 열처리 시간이 10분일 때에는, 리크 전류는 3.61로 급격하게 증대한다. 따라서, 열처리 시간은 20분 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 리크 전류를 저감하여, 폴리이미드막의 절연성을 향상시킬 수 있다.
또한, 퍼지 공정에 있어서의 열처리를 행할 때도, 히터(62)와 냉각 기구(65)를 제어함으로써, 웨이퍼 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
도 15a 및 도 15b는, 보트(44a)를 성막 용기(60) 내에 반입했을 때부터 반출할 때까지의 사이의 성막 용기(60)에 설치된 온도 센서(101)의 측정 결과의 일 예를, 냉각 기구(65)를 이용한 경우와 냉각 기구(65)를 이용하지 않는 경우간에 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 15a는, 냉각 기구(65)를 이용하지 않은 경우를 나타내고, 도 15b는, 냉각 기구(65)를 이용한 경우를 나타낸다.
도 15a에 나타내는 바와 같이, 냉각 기구(65)를 이용하지 않았을 때, 목표 온도를 200℃로 하면, 온도 센서가 측정하는 온도는 목표 온도를 중심으로 ±4.0℃의 범위에서 변동한다. 한편, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 냉각 기구(65)를 이용했을 때에는, 온도 센서가 측정하는 온도는 목표 온도를 중심으로 ±0.5℃의 범위에서만 변동한다. 따라서, 히터(62)와 냉각 기구(65)를 제어함으로써, 200℃의 온도 영역에서도, 고정밀도로 온도를 제어할 수 있다.
또한, 전술한 비교예 3에 따른 성막 처리로서, 이미드화를 위한 열처리를, 성막 장치와 따로 설치된 열처리 장치를 이용하여 행하는 것으로 한다. 그러면, 비교예 3에서는, 일련의 성막 처리 후, 즉 반출 공정(스텝 S17) 후, 재차 성막 용기(60)에 의해, 또는, 성막 용기(60)와 따로 설치된 열처리 장치에 의해, 이미드화를 위한 열처리 공정(스텝 S18)을 행하지 않으면 안 된다. 따라서, 도 13의 우측에 나타내는 실시 형태(실시예)에 따른 성막 처리는, 도 13의 좌측에 나타내는 비교예 3에 따른 성막 처리에 비하여, 성막 용기(60)와 따로 설치된 열처리 장치에 의해 열처리 공정을 행하는 시간 T3의 분만큼 처리 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 단위 시간당 성막 처리되는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있다.
다음으로, 스텝 S16에서는, 성막 용기(60)의 내부를 대기압으로 복압한다(복압 공정). 배기 장치(96)의 배기 능력 또는 배기 장치(96)와 배기관(97)과의 사이에 설치되어 있는 도시하지 않은 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 성막 용기(60)를 배기하는 배기량을 감소시켜, 성막 용기(60)의 내부를 예를 들면 0.3Torr로부터 예를 들면 대기압(760Torr)으로 복압한다.
또한, 폴리이미드막의 열처리는, 폴리이미드막을 성막한 후, 후술하는 반출 공정 전에, 성막 용기의 내부에서 행하면 좋고, 복압 공정시, 또는, 복압 공정 후에 행해도 좋다.
다음으로, 스텝 S17에서는, 성막 용기(60)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다(반출 공정). 도 1에 나타낸 성막 장치(10)의 예에서는, 예를 들면 보트(44a)를 올려놓은 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 하강시켜 성막 용기(60) 내로부터 로딩 에어리어(40)로 반출할 수 있다. 그리고, 이재 기구(47)에 의해, 반출한 덮개체(43)에 올려놓여져 있는 보트(44a)로부터 수납 용기(21)로 웨이퍼(W)를 이재함으로써, 웨이퍼(W)를 성막 용기(60)로부터 반출할 수 있다. 그 후, 성막 처리를 종료한다.
또한, 복수의 배치에 대해서 연속하여 성막 처리를 행할 때에는, 추가로 로딩 에어리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 웨이퍼(W)를 보트(44)로 이재하고, 재차 스텝 S11로 되돌아가, 다음의 배치의 성막 처리를 행한다.
(제1 실시 형태의 변형예)
다음으로, 도 16을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다.
본 변형예에 따른 성막 장치는, 기판의 표면을 밀착 촉진제에 의해 처리한 후, 폴리이미드막을 성막하기 전에, 제1 원료 가스에 의해 처리하는 점에서, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치와 상이하다. 또한, 본 변형예에 따른 성막 장치로서, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치와 동일한 성막 장치를 이용할 수 있어, 성막 장치에 대한 설명을 생략한다.
도 16은, 본 변형예에 따른 성막 장치를 이용한 성막 처리에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
본 변형예에서는, 리커버리 공정(스텝 S13) 후, 성막 공정(스텝 S14) 전에, 제1 원료 가스 공급부(71a)에 의해 제1 원료 가스를 공급하여, 웨이퍼 표면을 제1 원료 가스에 의해 처리한다(제1 원료 가스 공급 공정(스텝 S13-2)).
예를 들면, 제1 실시 형태에 있어서, 성막한 폴리이미드막의 막두께의 면내 균일성(1σ)이 14.3％인 프로세스 조건과 동일한 조건이며, 제1 원료 가스 공급 공정을 추가한 경우, 면내 균일성(1σ)을 2.3％까지 저감할 수 있었다. 이는, 예를 들면, 실란 커플링제의 Si 웨이퍼에 흡착되어 있는 측과 반대측의 관능기와 PMDA가 반응하여, 웨이퍼 표면의 전면에 PMDA가 흡착된 상태가 되었기 때문이라고 생각된다. 그 때문에, 성막 공정에 있어서, 웨이퍼 표면의 전면에 폴리이미드막을 균일하게 성막할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 도 17을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 성막 용기가 냉각 기구를 갖지 않은 점에서, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치와 상이하다. 또한, 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 성막 용기(60a) 이외의 부분은, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치와 동일하여, 성막 용기(60a) 이외의 부분에 대한 설명을 생략한다.
도 17은, 성막 용기(60a)의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다. 제1 실시 형태와 동일하게, 성막 용기(60a)는, 예를 들면, 복수매의 피처리 기판 예를 들면 박판 원판 형상의 웨이퍼(W)를 수용하여 소정의 처리 예를 들면 CVD 처리 등을 시행하기 위한 종형로로 할 수 있다. 또한, 성막 용기(60a)는, 반응관(61), 히터(62), 공급 기구(70), 밀착 촉진제 공급 기구(80), 퍼지 가스 공급 기구(90) 및 배기 기구(95)를 갖는다. 반응관(61), 히터(62), 공급 기구(70), 밀착 촉진제 공급 기구(80), 퍼지 가스 공급 기구(90) 및 배기 기구(95)에 대해서는, 각각 제1 실시 형태에 있어서의 반응관(61), 히터(62), 밀착 촉진제 공급 기구(80), 퍼지 가스 공급 기구(90) 및 배기 기구(95)와 동일한 구성으로 할 수 있다. 단, 성막 용기(60a)는 냉각 기구를 갖고 있지 않다.
본 실시 형태에 따른 성막 장치에 의한 성막 처리에서도, 제1 실시 형태와 동일하게, 리커버리 공정에 있어서, 밀착 촉진제 공급 기구에 의해 밀착 촉진제를 공급하여, 표면 처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 성막된 폴리이미드막의 막질을 향상시킴과 함께, 단위 시간당 성막 처리되는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 의한 성막 처리에서도, 제1 실시 형태와 동일하게, 퍼지 공정에 있어서, 성막된 폴리이미드막의 열처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 성막된 폴리이미드막의 막질을 향상시킴과 함께, 단위 시간당 성막 처리되는 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.

Claims (7)

  1. 산이무수물로 이루어지는 제1 원료를 기화시킨 제1 원료 가스와 디아민으로 이루어지는 제2 원료를 기화시킨 제2 원료 가스를, 성막 용기 내에 반입되어 있는 기판에 공급함으로써, 상기 기판에 폴리이미드막을 성막하는 성막 장치에 있어서,
    상기 성막 용기 내에 반입되어 있는 기판을 가열하는 가열 기구;
    상기 성막 용기 내에 밀착 촉진제를 기화시킨 밀착 촉진제 가스를 공급하는 밀착 촉진제 공급 기구; 및
    상기 가열 기구와 상기 밀착 촉진제 공급 기구를 제어하는 제어부;
    를 가지며,
    상기 제어부는, 기판을 상기 성막 용기 내에 반입한 후, 상기 가열 기구에 의해, 상기 기판의 온도를, 상기 기판에 폴리이미드막을 성막하는 때의 소정 온도까지 상승시키고 있는 사이에, 상기 밀착 촉진제 공급 기구에 의해 상기 밀착 촉진제 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판의 표면을 상기 밀착 촉진제 가스에 의해 처리하도록, 제어하는 것인, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀착 촉진제 공급 기구는, 성막 용기 내에 배치된 공급관을 갖고,
    상기 공급관은, 공급공을 갖고, 당해 공급공을 통하여 상기 성막 용기 내에 상기 밀착 촉진제 가스를 공급하는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 성막 용기 내에서 상기 기판을 보유지지(holding)하는 기판 보유지지부를 추가로 갖고,
    상기 공급공은, 상기 기판 보유지지부에 보유지지되어 있는 상기 기판의 근방에 배치되어 있는 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성막 용기 내에 상기 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급부를 추가로 갖고,
    상기 기판의 표면을 상기 밀착 촉진제 가스에 의해 처리한 후, 상기 기판에 폴리이미드막을 성막하기 전에, 상기 제1 원료 가스를 상기 성막 용기 내에 공급하여, 상기 기판의 표면을 상기 제1 원료 가스로 처리하도록, 상기 제어부는, 상기 제1 원료 가스 공급부를 제어하는 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성막 용기에 공기를 송풍함으로써 상기 성막 용기를 냉각하는 냉각 기구를 추가로 갖고,
    상기 기판을 상기 소정 온도까지 상승시킬 때에, 상기 제어부는, 상기 가열 기구의 가열량과 상기 냉각 기구의 냉각량을 제어하는 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 상기 폴리이미드막을 성막한 후, 상기 폴리이미드막이 성막된 상기 기판을 열처리하도록, 상기 제어부는, 상기 가열 기구를 제어하는 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성막 용기 내의 가스를 배기하는 배기 기구와,
    상기 성막 용기 내에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구를 추가로 갖고,
    상기 기판에 폴리이미드막을 성막한 후, 상기 성막 용기 내의 가스를 상기 배기 기구로 배기하고, 상기 퍼지 가스를 상기 퍼지 가스 공급 기구로 공급함으로써 상기 성막 용기 내의 가스를 퍼지 가스로 치환할 때에, 상기 폴리이미드막이 성막된 상기 기판을 열처리하도록, 상기 제어부는, 상기 가열 기구를 제어하는 성막 장치.
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