KR101843615B1 - 중합막의 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents
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Abstract
비방향족 폴리이미드이어도, 양호한 내열성을 유지한 채 성막하는 것이 가능한 중합막의 성막 방법을 제공한다. 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 피처리체의 피처리면 상에 중합막을 성막하는 중합막의 성막 방법으로서, 제1 모노머로서, 가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민을 이용하고, 제2 모노머로서, 이관능성의 산무수물을 이용한다.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로 장치의 절연막으로서 이용되는 중합막의 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
중합막, 예를 들어 폴리이미드 박막으로 대표되는 고분자 박막은, 반도체 집적 회로의 층간 절연막으로서 이용하는 것이 검토되고 있다.
폴리이미드는, 구조의 종별로서 방향족계와 비방향족계로 나누어진다. 비방향족 폴리이미드는, 방향족 폴리이미드에 비교하여 비유전율이 낮고, 또한, 투명한 막이 얻어진다고 하는 이점을 가지고 있다. 비방향족 폴리이미드는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있다.
비방향족 폴리이미드에는, (a)저유전율의 막이 얻어진다, (b)투명한 막이 얻어진다, 라고 하는 방향족 폴리이미드에 없는 이점이 있다. 그 반면, 내열성에 대해서는 방향족 폴리이미드에 뒤떨어진다고 하는 사정이 있다.
본 발명은 비방향족 폴리이미드이어도, 양호한 내열성을 유지한 채 성막하는 것이 가능한 중합막의 성막 방법 및 그 성막 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공한다.
삭제
본 발명의 제1 형태에 따른 중합막의 성막 방법은, 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 상기 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 피처리체인 반도체 기판의 피처리면 상에 반도체 장치의 절연막용의 중합막을 성막하는 중합막의 성막 방법으로서, 상기 제1 모노머에 알콕시실란을 포함하는 이관능성의 비방향족 아민을 이용하고, 상기 제2 모노머에 이관능성의 산무수물을 이용하고, (1)상기 제1 모노머에 포함되는 아미노기와, 상기 제2 모노머에 포함되는 산무수물을 탈수축합시켜서 중합시키는 반응, (2)상기 제1 모노머에 포함되는 알콕시기를 가수분해시키는 반응, (3)상기 가수분해된 상기 제1 모노머끼리를 탈수축합시켜서 중합시키는 반응을 반복하여, 상기 중합막으로서 이미드환과 실록산 골격을 갖는 폴리이미드로 이루어지는 중합막을 성막한다.
본 발명의 제2 형태에 따른 성막 장치는, 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 상기 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 반도체 기판으로 이루어지는 피처리체의 피처리면 상에 반도체 장치의 절연막용의 중합막을 성막하는 성막 장치로서, 상기 피처리체를 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스를 공급하는 성막 처리 가스 공급 기구와, 상기 피처리체를 가열하는 가열 장치와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 장치와, 상기 성막 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 배기 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 피처리체가 수용된 처리실에, 상기 제1 모노머가 알콕시실란을 포함하는 이관능성의 비방향족 아민인 상기 제1 원료 가스, 및 상기 제2 모노머가 이관능성의 산무수물인 상기 제2 원료 가스가 공급되고, (1)상기 제1 모노머에 포함되는 아미노기와, 상기 제2 모노머에 포함되는 산무수물을 탈수축합시켜서 중합시키는 반응, (2)상기 제1 모노머에 포함되는 알콕시기를 가수분해시키는 반응, (3)상기 가수분해된 상기 제1 모노머끼리를 탈수축합시켜서 중합시키는 반응이 반복되어, 상기 중합막으로서 이미드환과 실록산 골격을 갖는 폴리이미드로 이루어지는 중합막이 성막되도록, 상기 성막 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 배기 장치를 제어한다.
본 발명에 의하면, 비방향족 폴리이미드이어도, 양호한 내열성을 유지한 채 성막하는 것이 가능한 중합막의 성막 방법 및 그 성막 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시하는 시퀀스 중의 피처리체의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 성막 처리 중에 일어나는 반응을 도시하는 도면이다.
도 4는 방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 제1 모노머의 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시하는 시퀀스 중의 피처리체의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 성막 처리 중에 일어나는 반응을 도시하는 도면이다.
도 4는 방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 제1 모노머의 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 몇 가지를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 전 도면에 걸쳐, 공통의 부분에는 공통인 참조 부호를 붙인다.
(제1 실시 형태)
<성막 방법>
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법의 일례를 도시하는 흐름도, 도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시하는 시퀀스 중의 피처리체의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1의 성막 처리에 기재한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법은, 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 피처리체의 피처리면 상에 중합막을 성막하는 중합막의 성막 방법이다. 피처리체의 일례는, 도 2a에 도시하는 바와 같이 실리콘 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)(1)이다.
그러한 중합막의 성막 방법에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서는, 제1 모노머로서, 가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민을 이용하고, 제2 모노머로서, 이관능성의 산무수물을 이용한다. 이에 의해, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에는, 비방향족 중합막, 예를 들어 비방향족 폴리이미드막(2)이 성막된다.
제1 실시 형태에 따른 성막 방법이면, 이하에 설명하는 바와 같은 반응이, 예를 들어, 연속적으로 반복하여 일어나, 비방향족 폴리이미드막(2)이 성막된다.
도 3a 내지 도 3c는, 성막 처리 중에 일어나는 반응을 도시하는 도면이다.
본 예에 있어서는, 가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민으로서 "3-아미노프로필 트리메톡시실란"을 이용하고, 이관능성의 산무수물로서 "피로멜리트산 이무수물(PMDA)"을 이용하였다. 또한, "3-아미노프로필 트리메톡시실란"은 실란 커플링제의 하나이다. 이하, 본 명세서에서는 "3-아미노프로필 트리메톡시실란"을 SC제로 약기한다.
먼저, 제1 반응으로서, 도 1 및 도 3a의 반응 1에 도시하는 바와 같이, SC제에 포함되는 아미노기와, PMDA에 포함되는 산소가 탈수축합된다. 이에 의해, SC제와 PMDA가 중합된다. 구체적으로는, SC제의 NH2(아미노기)와 PMDA의 오원환 중의 O로부터 H2O가 빠지고, PMDA의 2개의 이미드환이 개재되어, 양측에 SC제가 결합된 덤벨 구조로 된다.
이어서, 제2 반응으로서, 도 1 및 도 3b의 반응 2에 도시하는 바와 같이, SC제에 포함되는 가수분해기가 가수분해된다. 이에 의해, Si에 결합되어 있던 가수분해기(본 예에서는 알콕시기)로부터 MeOH(메틸알코올)이 빠져, SiOH(실란올), 본 예에서는 Si(OH)3(트리실란올)가 된다.
이어서, 제3 반응으로서, 도 1 및 도 3c의 반응 3에 도시하는 바와 같이, 가수분해된 SC제끼리가 탈수축합된다. 이에 의해, 2개의 실란올의 OH로부터 H2O가 빠져, Si끼리가 O를 통하여 결합한다. 즉, 2개의 덤벨 구조가 실록산에 의해 결합된 폴리이미드가 된다.
이러한 반응 1 내지 3이 도 1에 도시하는 성막 처리 중에, 2차원, 3차원으로 연속적으로 반복하여 일어남으로써, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에는, 비방향족 폴리이미드막(2)이 성막된다.
<방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성>
도 4는, 방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다.
도 4의 횡축은, PMDA(산이무수물)에 중합되는 모노머(제1 실시 형태의 제1 모노머에 대응)를 나타내고 있고, 지면 좌측에서부터
4, 4´ODA(4, 4´-옥시디아닐린)
H6XDA(1, 3´-비스(아미노메틸)시클로헥산)
H12MDA(4, 4´-디아미노디시클로헥실메탄)
H12MDAMe(4, 4´-디아미노-3, 3´-디메틸헥실메탄)
을 나타내고 있다. 4, 4´ODA의 경우만이 방향족 폴리이미드가 되고, 그 이외는 비방향족 폴리이미드(지방족 폴리이미드)가 된다.
도 4의 종축은, 막 두께 차이(열분해 속도)를 나타내고 있고, 막 두께가 1min 당 몇％ 줄어드는가를, 400℃ 온도하의 경우와, 450℃ 온도하의 경우로 나타내고 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이 방향족 폴리이미드는, 400 내지 450℃의 온도에서는, 대부분 열분해되지 않지만, 비방향족 폴리이미드(지방족 폴리이미드)는 어느 경우에서도 현저한 열분해가 보여졌다. 이것은, 지방족 골격으로부터 이미드환에의 전자 공여성에 의해 C-N 결합의 해리에너지가 떨어지기 때문이다. 방향족 골격이라면, 이미드환에의 전자 흡인성에 의해, C-N 결합은 안정화된다. 즉, 지방족 골격인 한, 내열성의 개선은 기대할 수 없다.
<제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성>
도 5는, 제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드 및 일반적인 비방향족 폴리이미드의 내열성을 도시하는 도면이다. 도 5의 횡축은, 450℃ 유지 시간이며, 단위는 min이다. 종축은, 막 두께 감소율을 나타내고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, PMDA에 중합되는 모노머를 H12HMDA로 한 일반적인 비방향족 폴리이미드의 경우에는, 450℃의 온도하에 30min 유지시키면, 그 막 두께는 약 70％ 저하되고, 성막 막 두께의 약 30％의 막 두께까지 감소하였다.
이에 비해, PMDA에 중합되는 모노머를 SC제로 한 제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드의 경우에는, 450℃의 온도하에 20min 유지시키면, 그 막 두께는 약 10％ 저하되고, 성막 막 두께의 약 90％의 막 두께까지 감소가 보여졌다. 그러나, 그 이후는, 유지 시간에 관계없이 막 두께의 감소가 보이지 않고, 일반적인 비방향족 폴리이미드(지방족 폴리이미드)에 비교하여, 보다 견고한 내열성을 갖는 것이 확인되었다.
제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드는, 이미드환과 실록산 골격을 갖는 폴리이미드이다. 이로 인해, 지방족 골격으로 된 폴리이미드로서의 성질, 즉,
(a)방향족 폴리이미드에 비교하여 저유전율의 막이 얻어진다
(b)방향족 폴리이미드에서는 얻어지지 않는 투명한 막이 얻어진다
라고 하는 성질을 유지하면서, 실록산의 3차원 가교에 의해, 막이 열적으로 안정된다. 제1 실시 형태에 따른 비방향족 폴리이미드는, 450℃에서의 열분해 속도에 대해서는, 0.1％/min으로, 일반적인 비방향족 폴리이미드(지방족 폴리이미드)에 비교해서 10배 이상의 내열성 향상이 확인되었다.
이와 같이, 지방족 골격, 본 예에서는 실록산 골격을 가지면서 내열성이 향상된 것은, 실록산의, 특히 3차원 가교에 의해, 구조의 열적 요동이 억제되어, 지방족 골격의 해리 온도가 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한, 3차원 가교에 의해, 막 자체의 경도, 밀도가 변화되어 있을 가능성도 있다. 어느 쪽이든, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법에 의하면, 비방향족 폴리이미드이어도, 양호한 내열성을 유지한 채 성막하는 것이 가능하게 된다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제1 모노머는, 가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민이다. 특히, 제1 실시 형태에 있어서는, 제1 모노머는, 실란 커플링제로서도 이용되고 있는, 가수분해기로서 알콕시기를 포함한 "3-아미노프로필 트리메톡시실란"이다. 이와 같이 가수분해기로서 알콕시기를 포함한 것을, 제1 모노머로서 이용하면, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에의 중합막(2)의 밀착성의 향상에 대해서도 촉진할 수 있다.
즉, 제1 모노머를 웨이퍼(1)의 피처리면 상에 공급을 개시한 초기의 단계에 있어서는, 제1 모노머의 가수분해기가 가수분해하여, 예를 들어 OH기가 된다. 이 제1 모노머의 OH기는, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에 결합하여 있던 OH기와 서로 끌어 당긴다. 또한, 서로 끌어당긴 2개의 OH기끼리에서 탈수가 일어나면, 제1 모노머는, 그 반응성 관능기, 제1 실시 형태에서는 아미노기를 가진 채, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에는, 제1 모노머가 결합된 상태가 된다. 그리고, 피처리면에 결합된 제1 모노머의 아미노기에는, 도 1 및 도 3a에 도시한 반응 1이 일어나고, 도 1, 도 3b, 도 3c에 도시한 가수분해, 탈수축합이 일어나, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에 비방향족 폴리이미드막(2)이 성막되어 간다.
이와 같이 제1 모노머로서, 가수분해기로서 알콕시기를 포함한 것, 예를 들어 실란 커플링제를 이용함으로써 웨이퍼(1)의 피처리면 상에의 중합막(2)의 밀착성이 향상된다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
<제1 모노머>
이어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 모노머의 예를 설명한다.
제1 모노머로서는, 가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민이다. 그리고, 1급 아민인 것이 좋다. 예를 들어, ２급 아민이라면, 산무수물과의 반응에서 이미드환을 형성하기 어려워지기 때문이다.
또한, 가수분해기로서는 알콕시기가 좋다. 알콕시기라면, 상술한 바와 같이, 중합막과 웨이퍼(1)의 피처리면과의 밀착성을 높일 수 있기 때문이다. 또한, 알콕시에 대해서는, 메톡시, 에톡시는 불문한다. 제1 실시 형태에서는 메톡시이었지만, 에톡시가 들어 있어도 되고 에톡시 만이이어도 된다.
또한, 가수분해기로서는, 예를 들어 트리알콕시일 필요는 없지만, 가수분해 기는, 트리알콕시와 같이 3개 이상 있는 것이, 3차원 가교를 보다 잘 촉진시키는 관점에서 바람직하다. 예를 들어, 모노 알콕시에서는, 3차원 가교는 어렵다.
또한, 제1 모노머의 탄화수소기의 구조이지만, 탄화수소기의 구조에 대해서는 한정되지 않는다. 제1 실시 형태에서의 탄화수소기는 프로필기로 되어 있지만, 프로필기에 한정되는 것도 아니다.
본 발명의 제1 실시 형태에 적절하게 이용할 수 있는 제1 모노머의 몇 가지의 예를 도 6a 내지 도 6c에 도시한다.
제1 모노머의 예로서는, 예를 들어
3-아미노프로필 트리메톡시실란(도 6a)
3-아미노프로필 트리에톡시실란(도 6b)
N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란(도 6c)
이다. 이들은 모두 SC제이다. 물론, 제1 모노머는, 이 SC제에 한정되는 것도 아니다.
<중합막의 성막 온도>
이어서, 중합막의 성막 온도의 바람직한 범위에 대하여 설명한다.
중합막의 성막 온도, 본 예에 있어서 비방향족 폴리이미드막(2)의 성막 온도의 하한값은, 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같은, 제1 모노머 내에 있어서 가수분해가 일어나는 온도이다. 제1 모노머 내의 가수분해는, 예를 들어 실온, 예를 들어 20℃에서도 일어난다.
또한, 비방향족 폴리이미드막(2)의 성막 온도의 상한값은, 성막된 비방향족 폴리이미드막(2)이 열분해되지 않는 온도이다. 단, 성막 온도가 너무 높으면, 피처리체의 내열 온도(허용 프로세스 온도)를 넘는 경우도 상정된다. 성막 온도가 피처리체의 내열 온도를 넘는 경우에는, 실용에 제공할 수 없다. 이와 같이 상한값은, 피처리체의 내열 온도에 의해서도 변한다. 예를 들어, 피처리체가 반도체 장치의 제조에 사용되는 웨이퍼이고, 웨이퍼의 구조 등에서 정해지는 내열 온도를 고려한 경우에, 실용적으로 최적이 되는 중합막의 성막 온도의 상한값은, 예를 들어 200℃이다.
이와 같이, 제1 실시 형태에 있어서 중합막의 성막 온도 범위의 일례는, 실온 이상에서 성막된 중합막이 열분해되지 않는 온도이다. 또한, 피처리체의 내열 온도를 고려한 경우의 성막 온도 범위의 일례는, 실온 이상 200℃ 이하이다.
또한, 도 3a나 도 3c를 참조하여 설명한 탈수축합을 보다 촉진시키고 싶은 경우에는, 성막 온도의 하한값을 높여도 된다. 탈수축합을 보다 촉진시킬 수 있는 온도는, 예를 들어 100 내지 150℃이다. 따라서, 탈수축합의 촉진을, 더 가미한 경우의 성막 온도 범위의 일례는, 100℃ 이상에서 성막된 중합막이 열분해되지 않는 온도이다. 또한, 탈수축합의 촉진과, 피처리체의 내열 온도 양쪽을 가미한 경우의 성막 온도 범위의 일례는, 100℃ 이상 200℃ 이하이다.
(제2 실시 형태)
<성막 장치>
이어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법을 실시하는 것이 가능한 성막 장치의 일례를, 본 발명의 제2 실시 형태로서 설명한다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 성막 장치(100)는 피처리체를, 보트 상에 높이 방향으로 복수매 적층하여 성막 처리를 행하는 종형 뱃치식 성막 장치이다. 성막 장치(100)는 천장이 있는 원통 형상의 외관(101)과, 외관(101)의 내측에 설치되고, 천장이 있는 원통 형상의 내관(102)을 구비하고 있다. 외관(101) 및 내관(102)은 예를 들어 석영 재질이며, 내관(102)의 내측을, 피처리체, 예를 들어 웨이퍼(1)를 복수 수용시키고, 수용된 복수의 웨이퍼(1)에 대하여 일괄하여 중합막의 성막 처리를 실시하는 처리실(103)로 한다. 본 예에 있어서는, 중합막으로서, 예를 들어 폴리이미드막을, 증착 중합법을 이용하여, 웨이퍼(1)의 피처리면 상에 성막한다.
내관(102)의 측벽의 한쪽에는, 처리실(103) 내에 성막 처리 가스를 도입하는 가스 도입부로서, 높이 방향으로, 예를 들어 수직으로 연장되는 인젝터(104)가 설치되어 있다. 인젝터(104)는 내부에 가스 확산 공간(105)을 구비하고 있다. 가스 확산 공간(105)은 성막 처리 가스 공급 기구(106)에 접속된다.
본 예의 성막 처리 가스 공급 기구(106)는 제2 모노머(이관능성의 산무수물)를 포함하는 제2 원료 가스의 공급원이 되는 제2 원료 가스 공급원(107a)과, 제1 모노머(가수분해기를 가진 이관능성의 비방향족 아민)를 포함하는 제1 원료 가스의 공급원이 되는 제1 원료 가스 공급원(107b)을 구비하고 있다.
제2 원료 가스 공급원(107a)에는, 액상의, 또는 용매에 녹여진 제2 모노머가 저장되어 있다. 제2 모노머는, 기화기(108)에 송급된다. 기화기(108)는 송급된 제2 모노머를 기화시킨다. 기화기(108)는 가스 공급관(109)에 접속되어 있다. 가스 공급관(109)은 가스 확산 공간(105)에 접속되어 있다. 기화된 제2 모노머는, 캐리어 가스, 예를 들어 질소 가스와 함께, 가스 공급관(109)을 통하여 가스 확산 공간(105)에 공급된다. 기화된 제1 모노머는, 인젝터(104)에 형성된 복수의 토출 구멍(110)을 통하여, 처리실(103)의 내부로, 예를 들어 수평 방향으로 토출된다.
또한, 성막 처리 가스 공급 기구(106)는 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스 공급원(107b)을 구비하고 있다. 제1 원료 가스 공급원(107b)은 제1 모노머, 예를 들어 SC제를 보유하는 보유 용기, 보유 용기에 보유된 SC제를 가열하여 기화시키는 가열 장치 등을 포함하여 구성된다. 기화된 SC제는, 캐리어 가스, 예를 들어 질소 가스와 함께 공급 노즐(204)에 보내진다.
공급 노즐(204)은 예를 들어 석영관으로 이루어지고, 매니폴드(116)의 측벽을 내측으로 관통하여 상측 방향으로 굴곡되어 수직으로 연장된다. 밀착 촉진제를 포함하는 제1 원료 가스는, 공급 노즐(204)로부터 처리실(103) 내에 공급된다.
내관(102)의 측벽의 다른 쪽에는, 처리실(103) 내를 배기하는 복수의 배기구(111)가 형성되어 있다. 복수의 배기구(111)는 각각, 외관(101)과 내관(102)에 의해 구획된 공간에 연통하고 있다. 공간은 배기 공간(112)으로서 기능하고, 배기 공간(112)은 배기관(113)을 통하여, 처리실(103) 내를 배기하는 배기 기구(114)에 접속된다. 배기 기구(114)는 예를 들어 진공펌프 등의 배기 장치(115)를 구비하고 있고, 처리실(103)의 내부 분위기를 배기하는 것 이외에, 처리실(103)의 내부 압력을, 처리에 필요한 압력으로 설정하거나 한다.
외관(101)의 개방측 단부(하단측)는 예를 들어 스테인레스 스틸에 의해 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(116)에 O링 등의 시일 부재(117)를 통하여 연결되어 있다. 매니폴드(116)는 외관(101)의 하단측을 지지한다. 또한, 내관(102)의 개방측 단부는, 예를 들어 매니폴드(116)의 내측 주위에 차양 형상으로 형성된 내관 지지부(118)에 접속되어 있다.
매니폴드(116)의 하방에서는, 복수매의 피처리체, 예를 들어 웨이퍼(1)를 다단으로 적재 가능한 보트(150)가 내관 지지부(118)의 내측을 통하여 처리실(103) 내로 삽입 가능하게 되어 있다. 보트(150)는 석영 재질이고, 복수개의 지주(151)을 가지며, 지주(151)에는 홈(152)이 복수 형성되어, 복수의 웨이퍼(1)는 복수의 홈(152)에 의해 지지된다.
보트(150)는 석영 재질의 보온통(119)을 통하여 테이블(120) 상에 적재된다. 테이블(120)은 매니폴드(116)의 하단측의 개구부를 개폐하는, 예를 들어 스테인레스 스틸 재질의 덮개부(121)를 관통하는 회전축(122) 상에 지지된다. 덮개부(121)의, 회전축(122)이 관통하는 관통부에는, 예를 들어 자성유체 시일(123)이 설치되어, 회전축(122)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 덮개부(121)의 주변부와 매니폴드(116)의 하단 사이에는, 예를 들어 O링으로 된 시일 부재(124)가 설치되어 있다. 이에 의해 처리실(103) 내의 시일성이 유지되고 있다. 회전축(122)은 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(125)의 선단에 설치되어 있다. 이에 의해, 보트(150) 및 덮개부(121) 등은, 일체적으로 승강되어서 처리실(103) 내에 대하여 삽입/제거된다.
외관(101)의 외측 주위에는, 외관(101)을 둘러싸도록 가열 장치(130)가 설치되어 있다. 가열 장치(130)는 처리실(103) 내에 수용된 복수매의 웨이퍼(1)를 가열한다.
성막 장치(100)에는 제어부(300)가 접속되어 있다. 제어부(300)는 예를 들어 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(301)를 구비하고 있고, 성막 장치(100)의 각 구성부의 제어는, 프로세스 컨트롤러(301)가 행한다. 프로세스 컨트롤러(301)에는, 유저 인터페이스(302)와, 기억부(303)가 접속되어 있다.
유저 인터페이스(302)는 오퍼레이터가 성막 장치(100)을 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하기 위한 터치 패널 디스플레이나 키보드 등을 포함하는 입력부 및 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함하는 표시부를 구비하고 있다.
기억부(103)는 성막 장치(100)에서 실행되는 성막 처리 등의 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(301)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 성막 장치(100)의 각 구성부에, 처리 조건에 따른 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 포함한, 소위 프로세스 레시피가 저장된다. 프로세스 레시피는, 기억부(303)의 기억 매체에 기억된다. 기억 매체는, 하드 디스크나 반도체 메모리이어도 되고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 된다. 또한, 프로세스 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통하여 적절히 전송시키도록 해도 된다.
프로세스 레시피는, 필요에 따라 유저 인터페이스(302)로부터의 오퍼레이터 지시 등으로 기억부(303)로부터 판독되고, 판독된 프로세스 레시피를 따른 처리를 프로세스 컨트롤러(301)가 실행함으로써, 성막 장치(100)는 프로세스 컨트롤러(301)의 제어 하에 요구된 처리를 실행한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중합막의 성막 방법은, 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같은 성막 장치(100)를 이용하여 실시할 수 있다.
이상, 본 발명을 몇 가지의 실시 형태를 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 실시하는 성막 장치로서, 복수의 웨이퍼(1)를 탑재하여 일괄하여 성막을 행하는 뱃치식의 성막 장치(100)를 예시했지만, 성막 장치는, 뱃치식에 한하지 않고, 1매의 웨이퍼(1)마다 성막을 행하는 매엽식의 성막 장치로 하는 것도 가능하다.
또한, 피처리체로서는 실리콘 웨이퍼에 한정되지 않고, 다른 기판에도 본 발명을 적용할 수 있다. 기타, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형할 수 있다.
1: 웨이퍼 2: 중합막.
Claims (18)
- 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 상기 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 반도체 기판으로 이루어지는 피처리체의 피처리면 상에 반도체 장치의 절연막용의 중합막을 성막하는 중합막의 성막 방법으로서,
상기 제1 모노머에 알콕시실란을 포함하는 이관능성의 비방향족 아민을 이용하고,
상기 제2 모노머에 이관능성의 산무수물을 이용하고,
(1)상기 제1 모노머에 포함되는 아미노기와, 상기 제2 모노머에 포함되는 산무수물을 탈수축합시켜서 중합시키는 반응,
(2)상기 제1 모노머에 포함되는 알콕시기를 가수분해시키는 반응,
(3)상기 가수분해된 상기 제1 모노머끼리를 탈수축합시켜서 중합시키는 반응을 반복하여, 상기 중합막으로서 이미드환과 실록산 골격을 갖는 폴리이미드로 이루어지는 중합막을 성막하는, 중합막의 성막 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 모노머는 1급 아민인, 중합막의 성막 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 모노머는 실란 커플링제인, 중합막의 성막 방법. - 제3항에 있어서,
상기 (1) 반응 전, 또는 상기 (1) 반응 중에
(4)상기 제1 모노머가 가수분해되는 반응,
(5)상기 가수분해된 제1 모노머가 상기 피처리체의 상기 피처리면에 결합되는 반응이 있는, 중합막의 성막 방법. - 제1항에 있어서,
상기 중합막의 성막 온도는 실온 이상에서 성막된 중합막이 열분해되지 않는 온도인, 중합막의 성막 방법. - 제1 모노머를 포함하는 제1 원료 가스와, 상기 제1 모노머와는 다른 제2 모노머를 포함하는 제2 원료 가스를 이용하여, 반도체 기판으로 이루어지는 피처리체의 피처리면 상에 반도체 장치의 절연막용의 중합막을 성막하는 성막 장치로서,
상기 피처리체를 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내에, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스를 공급하는 성막 처리 가스 공급 기구와,
상기 피처리체를 가열하는 가열 장치와,
상기 처리실 내를 배기하는 배기 장치와,
상기 성막 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 배기 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 피처리체가 수용된 처리실에, 상기 제1 모노머가 알콕시실란을 포함하는 이관능성의 비방향족 아민인 상기 제1 원료 가스, 및 상기 제2 모노머가 이관능성의 산무수물인 상기 제2 원료 가스가 공급되고,
(1)상기 제1 모노머에 포함되는 아미노기와, 상기 제2 모노머에 포함되는 산무수물을 탈수축합시켜서 중합시키는 반응,
(2)상기 제1 모노머에 포함되는 알콕시기를 가수분해시키는 반응,
(3)상기 가수분해된 상기 제1 모노머끼리를 탈수축합시켜서 중합시키는 반응이 반복되어, 상기 중합막으로서 이미드환과 실록산 골격을 갖는 폴리이미드로 이루어지는 중합막이 성막되도록, 상기 성막 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 배기 장치를 제어하는, 성막 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 (1) 반응 전, 또는 상기 (1) 반응 중에
(4)상기 제1 모노머가 가수분해되는 반응,
(5)상기 가수분해된 제1 모노머가 상기 피처리체의 상기 피처리면에 결합되는 반응이 있도록, 상기 성막 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 배기 장치를 제어하는, 성막 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 중합막의 성막 온도가 실온 이상에서 성막된 중합막이 열분해되지 않는 온도 범위가 되도록 상기 가열 장치를 제어하는, 성막 장치. - 삭제
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