KR102512397B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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다츠야 야마구치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높인다. 증착 중합에 의해 기판에 중합체의 유기막을 성막하는 성막 장치는, 처리 용기와, 가스 공급부와, 농도 분포 제어부와, 온도 분포 제어부를 구비한다. 처리 용기는, 기판을 수용한다. 가스 공급부는, 처리 용기 내에, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 공급한다. 농도 분포 제어부는, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 기판 상에서의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 처리 용기 내에서의 가스의 흐름을 제어한다. 온도 분포 제어부는, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 기판의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 기판의 영역의 온도보다도 높아지도록, 기판의 온도 분포를 제어한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태는, 성막 장치 및 성막 제어 방법에 관한 것이다.
2종류의 모노머(monomer)를 포함하는 가스를, 기판이 수용된 처리 용기 내에 공급하여, 2종류의 모노머의 중합 반응에 의해 기판에 중합체의 유기막을 성막하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 방향족 알킬, 지환상 또는 지방족의 디이소시아네이트 모노머와, 방향족 알킬, 지환상 또는 지방족의 디아민 모노머의 진공 증착 중합 반응에 의해, 피처리 기판에 중합체의 막을 성막하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2008/129925호
본 개시는, 기판에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 측면은, 증착 중합에 의해 기판에 중합체의 유기막을 성막하는 성막 장치이며, 처리 용기와, 가스 공급부와, 농도 분포 제어부와, 온도 분포 제어부를 구비한다. 처리 용기는, 기판을 수용한다. 가스 공급부는, 처리 용기 내에, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 공급한다. 농도 분포 제어부는, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 기판 상에서의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 처리 용기 내에서의 가스의 흐름을 제어한다. 온도 분포 제어부는, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 기판의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 기판의 영역의 온도보다도 높아지도록, 기판의 온도 분포를 제어한다.
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태에 따르면, 기판에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 천장판의 처리 공간측의 면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 웨이퍼의 온도와 데포지션(deposition) 레이트(D/R)의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 웨이퍼의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 천장판 히터의 온도와 웨이퍼의 온도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 천장판과 스테이지 상의 웨이퍼의 사이의 갭과 웨이퍼의 온도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 비교예에서 웨이퍼에 형성된 유기막의 막 두께 분포 및 웨이퍼의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태에서 웨이퍼에 형성된 유기막의 막 두께 분포 및 웨이퍼의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 갭과 막 두께의 균일성의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 비교예에서의 파티클의 부착량의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 제1 실시 형태에서의 파티클의 부착량의 일례를 도시하는 도면이다.
도 12는 제2 실시 형태에서의 천장판 히터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 제3 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 제4 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 15는 제4 실시 형태에서의 스테이지의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 85℃에서 성막된 유기막의 막 두께를 기준으로 한 막 두께의 비율의 일례를 도시하는 도면이다.
도 17은 막 두께의 비율에 대한 클리닝 빈도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 18은 제5 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 19는 제6 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 20은 제7 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 21은 제7 실시 형태에서의 가스 공급관의 일례를 도시하는 A-A 단면도이다.
도 22는 제8 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 23은 제9 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 24는 제9 실시 형태에서의 가스 공급관의 일례를 도시하는 A-A 단면도이다.
도 25는 제10 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 부분 단면도이다.
도 26은 제10 실시 형태에서의 가스 공급관의 일례를 도시하는 단면도이다.
이하에, 개시되는 성막 장치 및 성막 방법의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 성막 장치 및 성막 방법이 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시 형태는, 내용이 모순되지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
그런데, 증착 중합에서는, 기판의 온도에 따라 성막 속도가 크게 변화한다. 그 때문에, 성막되는 중합체의 막 두께를 균일하게 하기 위해서는, 기판의 온도를 보다 균일하게 하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 기판에 형성되는 유기막의 성막 속도는, 2종류의 모노머를 포함하는 가스의 농도에 따라서도 다르다. 그 때문에, 기판의 온도가 균일하다고 해도, 기판 상에 공급된 2종류의 모노머를 포함하는 가스의 농도가 기판의 영역에 따라 다르면, 막 두께를 균일하게 하는 것은 어렵다.
그래서, 본 개시는, 기판에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
(제1 실시 형태)
[성막 장치(1)의 구성]
도 1은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서의 성막 장치(1)는, 복수 종류의 모노머를 사용한 증착 중합에 의해, 기판의 일례인 대략 원판형의 웨이퍼(W) 상에 중합체의 유기막을 성막한다. 성막 장치(1)는, 장치 본체(10) 및 제어 장치(100)를 구비한다. 장치 본체(10)는, 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(11)를 구비한다.
처리 용기(11)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 형성된 하부 용기(12) 및 배기 덕트(13)를 갖는다. 하부 용기(12)는, 처리 용기(11)의 하부를 구성한다. 하부 용기(12)는 접지되어 있다. 하부 용기(12)의 측벽에는, 측벽 히터(121a 내지 121c)가 매립되어 있다. 또한, 하부 용기(12)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 개구부(120)가 형성되어 있다. 개구부(120)는, 게이트 밸브(G)에 의해 개폐된다.
배기 덕트(13)는, 하부 용기(12)의 상부에 마련되어 있고, 처리 용기(11)의 측벽의 일부를 이룬다. 본 실시 형태에 있어서, 배기 덕트(13)는, 종단면이 중공인 각형 형상이며, 하부 용기(12)의 상부를 따라 원환형으로 만곡시켜서 구성되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 배기 덕트(13)의 연신 방향을 따라 슬릿 형상의 배기구(130)가 형성되어 있다. 배기구(130)는, 처리 용기(11) 내에 수용된 웨이퍼(W)의 주연을 따라, 웨이퍼(W)의 영역의 외측에 배치되어, 처리 용기(11) 내의 가스를 배기한다. 또한, 처리 용기(11)의 내측의 공간에 면하는 배기 덕트(13)의 측벽에는, 측벽 히터(121d)가 매립되어 있다. 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열에 의해, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)가 가열된다. 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도는, 제어 장치(100)에 의해 예를 들어 1℃ 단위로 제어된다.
또한, 배기 덕트(13)에는, 배기관(16)의 일단이 접속되어 있다. 배기관(16)의 타단은, APC(Auto Pressure Controller) 밸브 등의 압력 조정 밸브(17)를 통해서 진공 펌프 등을 갖는 배기 장치(18)에 접속되어 있다. 압력 조정 밸브(17)는, 제어 장치(100)에 의해 제어되어, 처리 용기(11) 내의 압력을 미리 설정된 압력으로 제어한다. 또한, 배기관(16), 압력 조정 밸브(17) 및 배기 장치(18)는, 반응 부생성물(소위 침적물)의 부착을 억제하기 위해서, 도시하지 않은 히터에 의해, 예를 들어 150℃ 전후의 온도로 가열되어 있다.
처리 용기(11) 내에는, 웨이퍼(W)를 적재하는 지지 구조체(20)가 마련되어 있다. 지지 구조체(20)는, 스테이지(21) 및 지지부(22)를 갖는다. 스테이지(21)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 상면에 웨이퍼(W)가 적재된다. 지지부(22)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속에 의해 통형으로 구성되고, 스테이지(21)를 하방으로부터 지지한다.
스테이지(21)에는, 스테이지 히터(24)가 매립되어 있다. 스테이지 히터(24)는, 공급된 전력에 따라서 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)를 가열한다. 스테이지 히터(24)에 공급되는 전력은, 제어 장치(100)에 의해 제어되고, 스테이지 히터(24)의 온도는, 예를 들어 1℃ 단위로 제어된다.
또한, 스테이지(21) 내에는, 열매체가 유통하는 유로(25)가 형성되어 있다. 유로(25)에는, 배관(26a) 및 배관(26b)을 통해서, 도시하지 않은 칠러 유닛 등의 온도 조절 기구가 접속되어 있다. 온도 조절 기구에 의해 미리 정해진 온도로 조정된 열매체가 배관(26a)을 통해서 유로(25)에 공급되고, 유로(25) 내를 흐른 열매체가, 배관(26b)을 통해서 온도 조절 기구로 되돌려진다. 유로(25) 내를 순환하는 열매체에 의해 스테이지(21)의 온도가 제어된다. 온도 조절 기구는, 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 열매체의 온도는, 제어 장치(100)에 의해 예를 들어 1℃ 단위로 제어된다.
스테이지(21)의 상면에서, 스테이지(21) 상에 적재되는 웨이퍼(W)의 주위에는, 환형의 에지 링(23)이 분리 가능하게 배치되어 있다.
지지부(22)는, 하부 용기(12)의 저부에 형성된 개구부를 관통하도록 하부 용기(12) 내에 배치되어 있다. 지지부(22)의 하단에는, 도전성 재료에 의해 구성된 플랜지(61)가 접속되어 있다. 플랜지(61)의 하면측에는, 샤프트(62)의 상단이 접속되어 있다. 샤프트(62)의 하단은, 승강 기구(63)에 접속되어 있다. 승강 기구(63)는 샤프트(62)를 승강시킨다. 승강 기구(63)에 의해 샤프트(62)가 승강함으로써, 지지 구조체(20)는 플랜지(61)와 일체가 되어 승강한다. 승강 기구(63)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)와, 후술하는 천장판(40)의 사이의 거리를 제어한다.
하부 용기(12)의 저부와 플랜지(61)는, 금속제의 벨로우즈(60)를 통해서 접속되어 있다. 이에 의해, 승강 기구(63)에 의해 지지 구조체(20)가 승강한 경우에도, 처리 용기(11) 내의 기밀성이 유지된다. 벨로우즈(60) 및 플랜지(61)는, 처리 용기(11)를 통해서 접지되어 있다. 스테이지(21)는, 지지부(22)를 통해서 플랜지(61)에 접속되어 있고, 플랜지(61)를 통해서 접지되어 있다.
환형의 배기 덕트(13)의 상방에는, 천장판(40)이 마련되어 있다. 천장판(40)은, 배기 덕트(13) 상에 배치된 절연체(14)에 의해 지지되어 있다. 절연체(14) 및 천장판(40)에 의해 처리 용기(11)의 천장부가 구성되어 있다. 처리 용기(11) 내에서, 스테이지(21)에 적재된 웨이퍼(W)와 천장판(40)의 사이의 공간을 처리 공간(SP)이라 정의하고, 처리 공간(SP)의 외측의 공간을 외부 공간(SE)이라 정의한다.
천장판(40) 내에는, 가스를 확산하기 위한 확산실(42)이 형성되어 있다. 천장판(40)의 상면에는, 확산실(42) 내에 가스를 공급하기 위한 배관(34)이 접속되어 있다. 또한, 천장판(40)의 하면에는, 확산실(42)에 연통하는 복수의 토출구(41)가 형성되어 있다. 배관(34)으로부터 확산실(42) 내에 공급된 가스는, 확산실(42) 내를 확산하여, 토출구(41)로부터 처리 용기(11) 내의 공간에 공급된다.
도 2는, 천장판(40)의 처리 공간(SP)측의 면의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 외형이 파선으로 도시되어 있다. 본 실시 형태에서, 복수의 토출구(41)는, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 주연을 따라 배치되어 있고, 확산실(42) 내에 공급된 가스를, 처리 용기(11) 내에서 웨이퍼(W)의 영역의 외측의 공간인 외부 공간(SE)에 공급한다. 토출구(41)는 제1 공급구의 일례이다. 또한, 토출구(41)는, 웨이퍼(W)의 영역의 외측의 외부 공간(SE) 내에 가스를 토출하도록 구성되어 있으면, 에지 링(23)의 바로 위에 배치되어 있어도 된다.
도 1로 돌아가서 설명을 계속한다. 천장판(40)의 상면에는, 천장판 히터(400)가 마련되어 있다. 천장판 히터(400)에 의해 천장판(40)이 가열되고, 천장판(40)으로부터의 복사열에 의해, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)가 가열된다. 천장판 히터(400)의 온도는, 제어 장치(100)에 의해 예를 들어 1℃ 단위로 제어된다.
배관(34)에는, 가스 공급부(300)가 접속되어 있다. 가스 공급부(300)는, 원료 공급원(30a 내지 30b), 기화기(31a 내지 31b), 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(32a 내지 32b) 및 밸브(33a 내지 33b)를 갖는다. 밸브(33a)에는, MFC(32a) 및 기화기(31a)를 통해서 원료 공급원(30a)이 접속되어 있다. 밸브(33b)에는, MFC(32b) 및 기화기(31b)를 통해서 원료 공급원(30b)이 접속되어 있다.
원료 공급원(30a)은, 예를 들어 이소시아네이트 등의 제1 모노머의 공급원이다. 기화기(31a)는, 원료 공급원(30a)으로부터 공급된 제1 모노머의 액체를 기화시킨다. MFC(32a)는, 기화기(31a)에 의해 기화된 제1 모노머의 가스의 유량을 제어한다. 밸브(33a)는, 제1 모노머의 가스의 배관(34)으로의 공급 및 공급 정지를 제어한다.
원료 공급원(30b)은, 예를 들어 아민 등의 제2 모노머의 공급원이다. 기화기(31b)는, 원료 공급원(30b)으로부터 공급된 제2 모노머의 액체를 기화시킨다. MFC(32b)는, 기화기(31b)에 의해 기화된 제2 모노머의 가스의 유량을 제어한다. 밸브(33b)는, 제2 모노머의 가스의 배관(34)으로의 공급 및 공급 정지를 제어한다.
원료 공급원(30a)으로부터 공급된 제1 모노머의 가스와, 원료 공급원(30b)으로부터 공급된 제2 모노머의 가스는, 배관(34)을 통해서 확산실(42) 내에 공급되어, 확산실(42) 내를 확산하면서 혼합된다. 그리고, 제1 모노머와 제2 모노머의 혼합 가스는, 토출구(41)를 통해서 처리 용기(11) 내에 공급되어, 스테이지(21)에 적재된 웨이퍼(W) 상에 폴리요소 결합을 갖는 중합체의 유기막을 형성한다.
그런데, 천장판(40)의 복수의 토출구(41)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 영역의 외측의 외부 공간(SE)에 2종류의 모노머의 혼합 가스를 토출한다. 복수의 토출구(41)로부터 토출된 혼합 가스는, 외부 공간(SE)으로부터 웨이퍼(W)상의 처리 공간(SP) 내에 확산한다.
여기서, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 크면, 외부 공간(SE)의 컨덕턴스에 대하여, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가 커져, 외부 공간(SE) 내에 공급된 혼합 가스가 처리 공간(SP) 내에 확산하기 쉽다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도가, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도보다도 높아진다.
한편, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 작아지면, 외부 공간(SE)의 컨덕턴스에 대하여, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가 작아져, 외부 공간(SE) 내에 공급된 혼합 가스가 처리 공간(SP) 내에 확산하기 어려워진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도가, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도보다도 낮아진다.
이와 같이, 본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 영역의 외측의 외부 공간(SE)에 2종류의 모노머의 혼합 가스를 토출함과 함께, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 조정한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중심축을 중심으로 해서, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 혼합 가스의 농도 분포를 제어할 수 있다. 복수의 토출구(41) 및 승강 기구(63)는, 농도 분포 제어부의 일례이다.
또한, 배관(34)은, 도시하지 않은 히터에 의해, 예를 들어 200℃ 전후의 온도로 가열되고, 천장판(40)은 천장판 히터(400)에 의해, 예를 들어 180℃ 전후의 온도로 가열된다. 이에 의해, 배관(34) 및 확산실(42) 내에서는, 제1 모노머 및 제2 모노머의 중합 반응이 억제된다. 한편, 웨이퍼(W)의 표면은, 예를 들어 85℃ 전후로 제어된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에는, 제1 모노머와 제2 모노머의 혼합 가스에 의해, 중합체의 유기막이 형성된다.
또한, 배관(34)에는, 플라스마를 생성하는 플라스마 발생기(39)가 접속되어 있다. 플라스마 발생기(39)는, 클리닝 가스를 플라스마화하여, 플라스마에 포함되는 활성종 등을, 배관(34)을 통해서 천장판(40)의 확산실(42) 내에 공급한다. 확산실(42) 내에 공급된 활성종 등은, 토출구(41)를 통해서 처리 용기(11) 내에 공급된다. 클리닝 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스나 할로겐 함유 가스를 사용할 수 있다. 할로겐 함유 가스로서는, 예를 들어 염소(Cl2) 가스, 염화수소(HCl) 가스, 브롬(Br2) 가스, 브롬화수소(HBr) 가스, 요오드화수소(HI) 가스 등을 사용할 수 있다.
몇몇 웨이퍼(W)에 대하여 증착 중합에 의한 유기막이 형성된 후, 플라스마 발생기(39)에 의해 클리닝 가스가 플라스마화되어, 플라스마에 포함되는 활성종 등이 처리 용기(11) 내에 공급된다. 그리고, 처리 용기(11) 내에 공급된 활성종 등에 의해, 처리 용기(11) 내에 부착된 침적물(deposits)이 제거된다.
제어 장치(100)는, 메모리, 프로세서 및 입출력 인터페이스를 갖는다. 제어 장치(100) 내의 프로세서는, 메모리에 저장된 프로그램이나 레시피를 판독해서 실행함으로써, 입출력 인터페이스를 통해서 장치 본체(10)의 각 부를 제어한다.
[데포지션 레이트의 온도 의존성]
여기서, 제1 모노머 및 제2 모노머의 혼합 가스는, 온도가 낮을수록 중합 반응을 일으키기 쉽다. 그 때문에, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도가 낮을수록, 웨이퍼(W)에 적층되는 중합체의 유기막의 데포지션 레이트(D/R)는 커진다. 도 3은, 웨이퍼(W)의 온도와 D/R의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3의 예에서는, 1℃당 중합체의 D/R이 약 15％ 변화하고 있다. 그 때문에, 예를 들어 1℃ 단위의 분해능으로 제어되는 스테이지 히터(24) 및 열매체만을 사용해서 웨이퍼(W)의 온도가 제어되었을 경우, 웨이퍼(W)의 막 두께는 15％ 정도의 범위에서 변동되게 된다. 웨이퍼(W)의 막 두께의 변동이 크면, 막 두께의 요구 사양을 충족하는 것이 어렵다.
웨이퍼(W)의 막 두께의 변동을 저감하기 위해서, 스테이지 히터(24) 및 열매체의 온도 제어를, 1℃ 단위보다도 미세한 분해능으로 제어하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 그 경우, 성막 장치(1)가 대형화하거나, 성막 장치(1)의 비용이 증가하게 되기 때문에, 스테이지 히터(24) 및 열매체의 온도 제어의 분해능을 높이는 것은 어렵다.
[웨이퍼(W)의 온도 분포]
도 4는, 웨이퍼(W)의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 스테이지 히터(24)의 온도가 예를 들어 80℃로 설정된 경우, 스테이지 히터(24)에 의한 스테이지(21)의 상면의 온도 분포는, 예를 들어 도 4의 점선으로 나타내는 온도 분포가 된다.
한편, 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열의 온도 분포는, 예를 들어 도 4의 일점파선으로 나타내는 온도 분포가 된다. 이 경우의 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도는 예를 들어 120℃이고, 천장판 히터(400)와 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭은 예를 들어 20mm이다.
웨이퍼(W)의 온도 분포는, 예를 들어 도 4의 실선으로 나타내는 바와 같이, 스테이지 히터(24)의 온도 분포와, 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열의 온도 분포가 합성된 온도 분포로 된다. 그 때문에, 스테이지 히터(24)의 온도와, 천장판 히터(400)와 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 고정한 경우에도, 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열을 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 변경할 수 있다.
[천장판 히터(400)의 온도와 웨이퍼(W)의 온도의 관계]
도 5는, 천장판 히터(400)의 온도와 웨이퍼(W)의 온도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 예시된 실험에서는, 스테이지 히터(24)에 의해 스테이지(21)의 온도가 80℃로 설정되고, 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도가 120℃로 설정되고, 천장판 히터(400)와 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 20mm로 설정되어 있다.
예를 들어 도 5에 도시되는 바와 같이, 천장판 히터(400)의 온도가 상승하면, 천장판 히터(400)에 의해 가열된 천장판(40)으로부터의 복사열에 의해, 웨이퍼(W)의 온도도 상승한다. 도 5를 참조하면, 이 경향은, 웨이퍼(W)의 중앙 부근, 에지 부근, 및 그 중간 위치의 어느 위치에서도 동일 정도이다.
여기서, 천장판 히터(400)의 온도가 60℃ 상승해도, 웨이퍼(W)의 온도는 약 6℃ 정도밖에 상승하고 있지 않다. 즉, 웨이퍼(W)의 온도 변화는, 천장판 히터(400)의 온도 변화의 약 1/10로 되어 있다. 그 때문에, 천장판 히터(400)의 온도를 1℃ 단위의 분해능으로 제어하면, 웨이퍼(W)의 온도를 1℃ 단위 이하의 분해능(구체적으로는, 예를 들어 약 0.1℃ 단위의 분해능)으로 제어할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 막 두께의 변동을, 예를 들어 1.5％ 정도의 범위까지 저감시킬 수 있다.
측벽 히터(121a 내지 121d)에 있어서도, 하부 용기(12) 및 배기 덕트(13)의 측벽으로부터 웨이퍼(W)에 복사열이 방사된다. 그 때문에, 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도를 1℃ 단위로 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 1℃ 단위 이하의 분해능으로 제어할 수 있다. 또한, 천장판 히터(400)와 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도의 비를 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 온도를 에지 부근보다도 높게 하거나, 또는 웨이퍼(W)의 중심 부근의 온도를 에지 부근보다도 낮게 하거나 하는 것도 가능하게 된다. 그 때문에, 천장판 히터(400)와 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도의 비를 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 중심축에 대하여 직경 방향에서의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 제어하는 것도 가능하게 된다. 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)는, 온도 분포 제어부의 일례이다.
[천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭과 웨이퍼(W)의 온도의 관계]
실리콘막, 유전체막 또는 금속막 등을 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 ALD(Atomic Layer Deposition) 등에 의해 성막하는 경우, 성막은 표면 흡착 반응에 율속된다. 그 때문에, CVD나 ALD 등의 성막에서는, 웨이퍼(W)가 적재되는 스테이지(21)의 스테이지 히터(24)의 온도가 지배적으로 된다. 그러나, 본 실시 형태와 같이, 2종류의 모노머를 사용한 중합 반응에서는, 스테이지 히터(24)의 온도뿐만 아니라, 처리 공간(SP)의 온도도 반응에 영향을 준다.
도 6은, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭과 웨이퍼(W)의 온도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 실험에서는, 스테이지 히터(24)에 의해 스테이지(21)의 온도가 80℃로 설정되고, 천장판 히터(400) 및 측벽 히터(121a 내지 121d)의 온도가 각각 120℃로 설정되어 있다.
예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 커지면, 천장판(40)으로부터 웨이퍼(W)에 조사되는 복사열의 양이 감소하기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도가 저하된다. 한편, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 작아지면, 천장판(40)으로부터 웨이퍼(W)에 조사되는 복사열의 양이 증가하기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도가 상승한다.
여기서, 도 6을 참조하면, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 10mm 증가한 경우, 웨이퍼(W)의 온도가 약 2℃ 저하되어 있다. 즉, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 1mm 변화시킴으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 약 0.2℃ 변화시킬 수 있다. 본 실시 형태의 승강 기구(63)에서는, 스테이지(21)를 0.5mm 단위의 분해능으로 상하 방향으로 승강시킬 수 있다. 그 때문에, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 약 0.1℃ 단위로 조정할 수 있다. 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 제어함으로써도, 웨이퍼(W)의 막 두께의 변동을, 예를 들어 1.5％ 정도의 범위까지 저감할 수 있다.
여기서, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 커지면, 스테이지 히터(24)로부터의 열 및 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열에 대하여, 천장판(40)으로부터의 복사열의 영향이 작아진다. 이에 의해, 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)에 있어서, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 온도가, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 온도보다도 낮아진다. 한편, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 작아지면, 스테이지 히터(24)로부터의 열 및 측벽 히터(121a 내지 121d)로부터의 복사열에 대하여, 천장판(40)으로부터의 복사열의 영향이 커진다. 이에 의해, 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)에 있어서, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 온도가, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 온도보다도 높아진다.
이와 같이, 본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 중심축을 중심으로 하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 제어할 수도 있다.
[막 두께 분포]
여기서, 증착 중합에 의해 웨이퍼(W) 상에 성막되는 유기막의 막 두께의 분포에 대해서, 시뮬레이션을 행하였다. 시뮬레이션에서는, 웨이퍼(W)의 영역 내에도 다수의 토출구가 마련된 샤워 헤드를 사용해서 2종류의 모노머가 공급되는 성막 장치를 비교예로서 사용하였다. 샤워 헤드를 사용한 비교예의 성막 장치에서는, 웨이퍼(W)의 영역 전체에, 거의 균일하게 2종류의 모노머의 혼합 가스가 공급된다.
도 7은, 비교예에서 웨이퍼(W)에 형성된 유기막의 막 두께 분포 및 웨이퍼(W)의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 예시된 웨이퍼(W)의 온도 분포에서는, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 온도보다도 웨이퍼(W)의 에지 부근의 온도쪽이 약간 높은 분포로 되어 있다. 또한, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 커지면, 샤워 헤드로부터의 복사열이 감소하기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 온도가 저하되어 있다.
비교예의 성막 장치에서는, 샤워 헤드에 의해, 웨이퍼(W)의 영역 전체에, 거의 균일하게 2종류의 모노머의 혼합 가스가 공급된다. 또한, 85℃ 부근에서는, 예를 들어 도 3에서 설명한 바와 같이, 온도가 높아질수록 D/R이 낮아진다. 그 때문에, 비교예에서, 웨이퍼(W) 상에 성막된 유기막의 막 두께의 분포는, 온도가 비교적 낮은 영역의 막 두께가 크고, 온도가 비교적 높은 영역의 막 두께가 작게 되어 있어, 웨이퍼(W)의 온도 분포에 따른 막 두께 분포로 되어 있다.
또한, 도 7에 예시되는 바와 같이, 비교예에서는, 10.5[mm], 50[mm], 및 100[mm]의 어느 갭에 있어서도, 웨이퍼(W) 상에 성막된 유기막의 막 두께의 균일성(Unif)이 ±10％ 이상으로 되어 있다.
도 8은, 제1 실시 형태에서 웨이퍼에 형성된 유기막의 막 두께 분포 및 웨이퍼의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 예시된 웨이퍼(W)의 온도 분포에서도, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 온도보다도 웨이퍼(W)의 에지 부근의 온도쪽이 약간 높은 분포로 되어 있다. 또한, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 커지면, 천장판(40)으로부터의 복사열이 감소하기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 온도가 저하되어 있다.
본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 15[mm], 70[mm], 및 120[mm]의 어느 갭에 있어서도, 비교예보다도 막 두께의 균일성이 향상되어 있다.
이것은, 토출구(41)로부터의 혼합 가스가, 처리 공간(SP) 내가 아니라, 처리 공간(SP)의 외측의 외부 공간(SE)에 공급됨으로써, 비교적 온도가 낮은 중앙 부근에서 혼합 가스의 농도가 낮아지고, 비교적 온도가 높은 에지 부근에서 혼합 가스의 농도가 높아졌기 때문이라고 생각된다.
도 9는, 갭과 막 두께의 균일성의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9에 예시되는 바와 같이, 비교예의 성막 장치에서는, 막 두께의 균일성과 갭의 사이에 상관은 보이지 않는다. 이에 반해, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 갭이 15[mm] 내지 120[mm]의 범위에서는, 갭이 작아질수록, 막 두께의 균일성이 향상되는 경향이 보여진다.
본 실시 형태에서, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 작아지면, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가 작아져, 외부 공간(SE) 내에 공급된 혼합 가스가 처리 공간(SP) 내에 확산하기 어려워진다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 중심 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도가, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 영역에서의 혼합 가스의 농도보다도 낮아진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 영역 중에서, 온도가 비교적 높은 에지 부근의 영역에서, 혼합 가스의 농도가 높고, 온도가 비교적 낮은 중앙 부근의 영역에서, 혼합 가스의 농도가 낮아진다.
이와 같이, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 웨이퍼(W) 상에 있어서, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 농도가 높은 영역과 낮은 영역이 형성된다. 또한, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도보다도 높아지도록, 웨이퍼(W)의 온도 분포가 제어된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 영역에 있어서, 혼합 가스에 의해 형성되는 유기막의 두께의 변동이 억제되어, 비교예보다도 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9에 예시되는 바와 같이, 갭이 너무 작으면, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가 너무 작아져서, 외부 공간(SE)으로부터 처리 공간(SP) 내에 혼합 가스가 더욱 확산하기 어려워져, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 막 두께가 극단적으로 작아진다. 그 때문에, 갭이 너무 작으면, 에지 부근에 비하여 중앙 부근의 막 두께가 극단적으로 작아져, 막 두께의 균일성이 반대로 악화된다. 외부 공간(SE)으로부터 처리 공간(SP) 내에 확산하는 혼합 가스의 양은, 압력 조정 밸브(17)에 의해 제어되는 처리 용기(11) 내의 압력에 따라서도 변경 가능한데, 승강 기구(63)의 제어 정밀도를 고려하면, 갭은, 5[mm] 내지 120[mm]의 범위인 것이 바람직하고, 15[mm] 내지 100[mm]의 범위인 것이 보다 바람직하다.
[파티클의 부착]
여기서, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 일부는, 웨이퍼(W) 상에 도달하기 전에, 기상으로 중합체의 입자를 형성하는 경우가 있다. 기상으로 형성된 중합체의 입자는, 파티클이 되어서 처리 용기(11) 내를 떠돈다. 웨이퍼(W) 상에 파티클이 부착되면, 파티클이 부착된 부분의 막질이 의도한 것이 아니게 되기 때문에, 웨이퍼(W)로부터 제조되는 반도체 디바이스에 있어서 불량이 발생하여, 반도체 디바이스의 수율이 저하되어버린다. 그 때문에, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착량은 적은 편이 바람직하다.
도 10은, 비교예에서의 파티클의 부착량의 일례를 도시하는 도면이다. 비교예의 성막 장치에서는, 샤워 헤드에 의해 웨이퍼(W)의 영역의 상방으로부터 혼합 가스가 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 상방의 처리 공간(SP)에서 파티클이 발생한다. 웨이퍼(W)의 상방의 처리 공간(SP)에서 발생한 파티클의 일부는, 가스의 흐름을 따라 배기구(130)로부터 배기된다. 그러나, 처리 공간(SP)에서 발생한 파티클의 대부분은, 가스 분자보다도 무겁기 때문에, 중력의 영향에 의해 웨이퍼(W) 상에 낙하하여, 웨이퍼(W)에 부착된다. 그 때문에, 웨이퍼(W)에는, 예를 들어 도 10에 도시되는 바와 같이, 많은 파티클이 부착되게 된다.
도 11은, 제1 실시 형태에서의 파티클의 부착량의 일례를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 성막 장치(1)에 있어서, 복수의 토출구(41)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 주연을 따라 외부 공간(SE)에 가스를 토출한다. 외부 공간(SE) 내에서 발생한 파티클의 대부분은, 가스의 흐름을 따라 배기구(130)로부터 배기되거나, 중력의 영향에 의해 웨이퍼(W)의 영역의 외측으로 낙하한다. 그 때문에, 외부 공간(SE)에서 발생한 파티클은, 처리 공간(SP) 내에는 거의 침입하지 않는다. 한편, 가스 분자는, 파티클보다도 가볍기 때문에, 처리 용기(11) 내를 확산하여, 처리 공간(SP) 내에도 침입하여, 성막에 기여한다. 그 때문에, 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 예를 들어 도 11에 도시되는 바와 같이, 비교예에 비해서 웨이퍼(W)에 부착되는 파티클이 억제된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)로부터 제조되는 반도체 디바이스의 수율을 향상시킬 수 있다.
이상, 제1 실시 형태에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에서의 성막 장치(1)는, 증착 중합에 의해 웨이퍼(W)에 중합체의 유기막을 성막하는 장치이며, 처리 용기(11)와, 가스 공급부(300)와, 농도 분포 제어부와, 온도 분포 제어부를 구비한다. 처리 용기(11)는 웨이퍼(W)를 수용한다. 가스 공급부(300)는, 처리 용기(11) 내에, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 공급한다. 농도 분포 제어부는, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 웨이퍼(W) 상에서의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 처리 용기(11) 내에서의 가스의 흐름을 제어한다. 온도 분포 제어부는, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도보다도 높아지도록, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 농도 분포 제어부는, 복수의 토출구(41)와, 배기구(130)와, 승강 기구(63)를 갖는다. 복수의 토출구(41)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 주연을 따라 배치되고, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를, 처리 용기(11) 내에서 웨이퍼(W)의 영역의 외측으로 공급한다. 승강 기구(63)는, 처리 용기(11) 내에 마련된 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)와 처리 용기(11)의 천장판(40)의 사이의 거리를 제어한다. 농도 분포 제어부는, 승강 기구(63)에 의해, 웨이퍼(W)의 영역의 외측 공간의 컨덕턴스에 대한 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 컨덕턴스를 제어함으로써, 웨이퍼(W) 상에서의 혼합 가스의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 처리 용기(11) 내에서의 혼합 가스의 흐름을 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 온도 분포 제어부는, 천장판 히터(400)와 측벽 히터(121a 내지 121c)를 갖는다. 천장판 히터(400)는, 천장판(40)에 마련되어 있고, 측벽 히터(121a 내지 121c)는, 처리 용기(11)의 측벽에 마련되어 있다. 온도 분포 제어부는, 측벽 히터(121a 내지 121c)에 의해 가열된 측벽으로부터의 복사열과, 천장판 히터(400)에 의해 가열된 천장판(40)으로부터의 복사열의 비를 제어함으로써, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도보다도 높아지도록, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높일 수 있다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 1개의 천장판 히터(400)에 의해 가열된 천장판(40)으로부터 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 복사열이 조사되었다. 이에 반해, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 천장판(40)의 복수의 영역 각각에 히터가 개별로 마련되어, 천장판(40)의 영역 각각이 개별의 온도로 가열된다. 이에 의해, 천장판(40)으로부터 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)에 방사되는 복사열의 분포를 제어할 수 있어, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 성막 장치(1)의 구성은, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 1에서 설명된 성막 장치(1)와 마찬가지이기 때문에, 중복되는 설명은 생략한다.
도 12는, 제2 실시 형태에서의 천장판 히터(400)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 12에서는, 천장판 히터(400)가 마련된 측에서 본 천장판(40)이, 점선으로 나타내진 토출구(41)의 위치 및 웨이퍼(W)의 위치와 함께 도시되어 있다.
본 실시 형태에서의 천장판 히터(400)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축을 중심으로 하는 원의 직경 방향으로 분할된 복수의 부분 히터(411a 내지 411d)를 갖는다. 이하에서는, 복수의 부분 히터(411a 내지 411d) 각각을 구별하지 않고 총칭하는 경우에 부분 히터(411)라고 기재한다. 각각의 부분 히터(411)의 온도는, 서로 독립적으로 제어할 수 있다.
부분 히터(411a)는, 대략 원판형으로 형성되고, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축(X)을 중심으로 하는 원 형상의 영역(410a) 내에 배치되어 있다. 부분 히터(411b)는, 대략 원환형의 판형으로 형성되고, 영역(410a)의 주위의 영역(410b)이며, 중심축(X)을 중심으로 하는 원환형의 영역(410b) 내에 배치되어 있다. 부분 히터(411c)는, 대략 원환형의 판형으로 형성되고, 영역(410b)의 주위의 영역(410c)이며, 중심축(X)을 중심으로 하는 원환형의 영역(410c) 내에 배치되어 있다. 부분 히터(411d)는, 대략 원환형의 판형으로 형성되고, 영역(410c)의 주위의 영역(410d)이며, 중심축(X)을 중심으로 하는 원환형의 영역(410d) 내에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서, 부분 히터(411d)는 웨이퍼(W)의 영역의 외측에 배치되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 천장판 히터(400)는, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축(X)을 중심으로 하는 원의 직경 방향으로, 복수의 부분 히터(411)로 분할되어 있다. 복수의 부분 히터(411) 각각의 온도를 독립적으로 제어함으로써, 천장판(40)으로부터 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)에 조사되는 복사열의 분포를 제어할 수 있어, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다.
여기서, 도 12의 예에서는, 천장판 히터(400)는, 4개의 부분 히터(411)를 갖지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않고, 천장판 히터(400)는 3개 이하의 부분 히터(411) 또는 5개 이상의 부분 히터(411)를 갖고 있어도 된다.
이상, 제2 실시 형태에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에서, 웨이퍼(W)는, 대략 원판형이며, 천장판 히터(400)는, 스테이지(21)에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축(X)을 중심으로 하는 원의 직경 방향으로 분할된 복수의 부분 히터(411)를 갖는다. 온도 분포 제어부는, 각각의 부분 히터(411)의 온도를 각각 독립적으로 제어함으로써, 혼합 가스의 농도가 높은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도가, 혼합 가스의 농도가 낮은 영역에 대응하는 웨이퍼(W)의 영역의 온도보다도 높아지도록, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 외부 공간(SE)에 2종류의 모노머의 혼합 가스를 토출함과 함께, 승강 기구(63)에 의해 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭을 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 혼합 가스의 농도 분포를 제어한다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 중심축을 따라 천장판(40)으로부터 웨이퍼(W)에 불활성 가스가 공급된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 혼합 가스의 농도를 더욱 저하시킬 수 있어, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 혼합 가스의 농도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다.
도 13은, 제3 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 도면이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 13에서, 도 1과 동일 부호가 첨부된 구성은, 도 1을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축 상의 천장판(40)의 위치에는, 토출구(380)가 마련되어 있고, 토출구(380)에는, 천장판(40)을 관통하도록 배치된 배관(38)이 접속되어 있다. 토출구(380)는 제2 공급구의 일례이다. 배관(38)에는, 밸브(37) 및 MFC(36)를 통해서 가스 공급원(35)이 접속되어 있다.
가스 공급원(35)은, 예를 들어 질소 가스 등의 불활성 가스의 공급원이다. MFC(36)는, 가스 공급원(35)으로부터 공급된 불활성 가스의 유량을 제어한다. 밸브(37)는, 불활성 가스의 배관(38)에의 공급 및 공급 정지를 제어한다. 배관(38)에 공급된 불활성 가스는, 토출구(380)로부터 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)를 향해서 공급된다.
토출구(380)로부터 토출되는 불활성 가스에 의해, 웨이퍼(W)의 중앙 부근에서, 2종류의 모노머의 혼합 가스의 농도가 저하된다. 토출구(380)로부터 토출되는 불활성 가스의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 혼합 가스의 농도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다.
또한, 토출구(380)로부터 웨이퍼(W)의 중앙 부근에 토출된 불활성 가스는, 처리 공간(SP)으로부터 외부 공간(SE)을 향해서 방사형으로 흐른다. 이에 의해, 외부 공간(SE)으로부터 처리 공간(SP) 내에의 파티클의 침입이 억제된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 배관(38)은, 도시하지 않은 히터에 의해, 예를 들어 200℃ 전후의 온도로 가열되어 있다. 이에 의해, 불활성 가스에 의해 배관(38)을 통해서 천장판(40)의 온도가 변화하거나, 불활성 가스가 공급된 웨이퍼(W)의 영역의 온도가 변화하는 것이 억제된다.
이상, 제3 실시 형태에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에서, 천장판(40)에는, 스테이지(21)에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축 상에 마련되어, 웨이퍼(W)를 향해서 불활성 가스를 공급하는 토출구(380)가 마련되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 혼합 가스의 농도 분포를 보다 미세하게 제어할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 스테이지(21) 내에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 스테이지 히터(24)가 매립되어 있어, 웨이퍼(W)의 주변도 웨이퍼(W)와 거의 동일한 온도로 제어된다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 스테이지 히터(24)에 더하여, 스테이지(21) 내에, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)을 웨이퍼(W)의 온도보다도 높은 온도로 가열하는 외주 히터가 매립되어 있다. 이에 의해, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에의 유기막의 부착량을 저감할 수 있어, 스테이지(21) 및 에지 링(23)의 클리닝 빈도를 저감할 수 있다.
도 14는, 제4 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 도면이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 14에서, 도 1과 동일 부호가 첨부된 구성은, 도 1을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다. 스테이지(21)의 외주부에는, 외주 히터(27)가 매립되어 있다.
도 15는, 제4 실시 형태에서의 스테이지(21)의 온도 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)가 적재되는 스테이지(21)의 외측의 영역인 외주부 및 에지 링(23)은, 외주 히터(27)에 의해, 웨이퍼(W)의 온도보다도 높은 온도로 가열된다.
도 16은, 85℃에서 성막된 유기막의 막 두께를 기준으로 한 막 두께의 비율의 일례를 도시하는 도면이다. 도 16에서는, 85℃로 제어된 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께를 기준으로 하여, 각 온도에서 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 비율이 도시되어 있다. 도 16에 예시되는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도가 85℃보다도 높아질수록, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께는, 85℃로 제어된 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께보다도 작아진다. 예를 들어 도 16에 도시된 바와 같이, 90℃로 제어된 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께는, 85℃로 제어된 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 약 0.3배이다.
도 17은, 유기막의 막 두께의 비율에 대한 클리닝 빈도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 17에서는, 웨이퍼(W)에 성막되는 유기막의 막 두께를 기준으로 한 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착되는 유기막의 막 두께의 비율과, 클리닝이 필요하게 되는 웨이퍼(W)의 처리 매수의 관계가 도시되어 있다. 도 17에서는, 1매의 웨이퍼(W)에 50nm의 두께의 유기막이 성막된다고 가정하고, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착된 유기막의 두께가 100㎛에 도달한 경우에, 클리닝이 필요하게 되는 것으로 가정하였다.
스테이지(21)에 외주 히터(27)가 마련되어 있지 않을 경우, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)은, 웨이퍼(W)와 거의 동일한 온도로 제어된다. 그 때문에, 웨이퍼(W)에 성막되는 유기막의 막 두께를 기준으로 한 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착되는 유기막의 막 두께의 비율은 1이 된다. 이 경우, 예를 들어 도 17에 도시된 바와 같이, 200매의 웨이퍼(W)에 유기막이 성막되면, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착된 유기막의 두께가 100㎛에 달한다.
한편, 스테이지(21)에 외주 히터(27)가 마련된 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)은, 웨이퍼(W)의 온도보다도 높은 온도로 가열된다. 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)이, 웨이퍼(W)의 온도보다도 예를 들어 5℃ 높은 온도로 가열되면, 도 16에 예시한 바와 같이, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착되는 유기막의 막 두께가, 웨이퍼(W)에 성막되는 유기막의 막 두께의 약 0.3배가 된다. 이 경우, 예를 들어 도 17에 도시된 바와 같이, 600매 이상의 웨이퍼(W)에 유기막이 성막된 후에, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)에 부착된 유기막의 두께가 100㎛에 달한다.
이와 같이, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)이 웨이퍼(W)보다도 예를 들어 5℃ 높은 온도로 가열되면, 클리닝까지 처리 가능한 웨이퍼(W)의 매수를 3배로 증가시킬 수 있다. 즉, 클리닝 빈도를 1/3로 억제할 수 있다. 이에 의해, 클리닝에 의해 웨이퍼(W)에의 유기막의 성막 처리가 정지하는 횟수를 적게 할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 스테이지(21)의 외주부 및 에지 링(23)이 외주 히터(27)에 의해 가열됨으로써, 웨이퍼(W)의 에지 부근의 온도가, 웨이퍼(W)의 중앙 부근의 온도보다도 약간 높아진다. 그러나, 그 경우에는, 웨이퍼(W)의 중앙 부근보다도 에지 부근에서 혼합 가스의 농도가 높아지도록, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 조정된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성되는 유기막의 막 두께의 균일성을 높게 유지할 수 있다.
이상, 제4 실시 형태에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에서, 성막 장치(1)는, 스테이지(21)의 외주부에 마련되고, 웨이퍼(W)가 적재되는 영역의 외측을, 웨이퍼(W)보다도 높은 온도로 가열하는 외주 히터(27)를 구비한다. 이에 의해, 클리닝에 의해 웨이퍼(W)에의 유기막의 성막 처리가 정지하는 횟수를 적게 할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
(제5 실시 형태)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 배관(34) 내에 제1 모노머와 제2 모노머가 공급되어, 배관(34) 내에서 제1 모노머와 제2 모노머가 혼합되었다. 배관(34)은, 100℃ 이상의 온도(예를 들어 200℃)로 가열되어 있는데, 배관(34) 내는, 확산실(42) 내 및 처리 용기(11) 내보다도 압력이 높다. 중합 반응은, 압력이 높을수록 진행되기 쉽기 때문에, 배관(34) 내에서는, 혼합 가스에 의해 중합체가 생성되어, 배관(34)의 내벽에 침적물로 되어 부착되는 경우가 있다.
배관(34)의 측벽에 부착된 침적물은, 결국 측벽으로부터 박리되어 파티클이 되어서 처리 용기(11) 내를 떠돌아, 웨이퍼(W)에 부착되는 경우가 있다. 또한, 배관(34)의 측벽에 부착된 침적물이 박리되지 않고 성장하면, 배관(34)이 침적물에 의해 폐색해버리는 경우도 있다. 그 때문에, 배관(34) 내에 어느 정도의 양의 침적물이 부착된 경우에는, 배관(34)을 교환하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에의 유기막의 성막 처리가 정지되어, 생산성이 저하된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스를 각각 별도의 배관을 통해서 확산실(42) 내에 공급한다. 이에 의해, 배관의 내벽에 부착되는 침적물을 저감할 수 있어, 성막 처리에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 18은, 제5 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 18에서, 도 1과 동일한 부호가 첨부된 구성은, 도 1을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
확산실(42)에는, 배관(34a) 및 배관(34b)이 접속되어 있다. 배관(34a)에는, 밸브(33a)를 통해서, MFC(32a), 기화기(31a) 및 원료 공급원(30a)이 접속되어 있고, 원료 공급원(30a)으로부터 공급된 제1 모노머의 가스가 유통된다. 배관(34b)에는, 밸브(33b)를 통해서, MFC(32b), 기화기(31b) 및 원료 공급원(30b)이 접속되어 있고, 원료 공급원(30b)으로부터 공급된 제2 모노머의 가스가 유통된다. 배관(34a)을 통해서 공급된 제1 모노머의 가스와, 배관(34b)을 통해서 공급된 제2 모노머의 가스는, 확산실(42) 내에서 혼합되어, 토출구(41)로부터 처리 용기(11) 내에 공급된다. 또한, 플라스마 발생기(39)로부터 공급되는 활성종 등은, 배관(34a), 배관(34b), 또는 그 양쪽을 통해서 확산실(42) 내에 공급된다.
이와 같은 구성에 의해, 배관(34a) 및 배관(34b) 내에서, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스의 혼합이 억제된다. 이에 의해, 배관(34a) 및 배관(34b) 내에의 침적물의 부착이 억제되어, 배관(34a) 및 배관(34b)의 교환 빈도가 저감된다. 따라서, 성막 처리에서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
(제6 실시 형태)
제5 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 각각 별도의 배관을 통해서 확산실(42) 내에 공급되어, 확산실(42) 내에서 혼합되었다. 천장판(40)은, 천장판 히터(400)에 의해, 100℃ 이상의 온도(예를 들어 120℃)로 가열되지만, 그래도, 확산실(42) 내에서, 혼합 가스에 의해 중합체가 생성되는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 도 19에 도시된 바와 같이, 천장판(40)에, 확산실(42)보다도 컨덕턴스가 큰 토출구(41a)가 마련된다. 도 19는, 제6 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 이에 의해, 확산실(42) 내에 공급된 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스는, 확산실(42) 내에서 충분히 혼합되지 않는 동안에 토출구(41a)를 통해서 처리 용기(11) 내에 토출된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 도 19에 도시된 바와 같이, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가, 외부 공간(SE)의 컨덕턴스보다도 작아지도록, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 제어된다. 이에 의해, 천장판(40)의 토출구로부터 공급된 가스는 외부 공간(SE) 내에서 체류한다. 그리고, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스는, 외부 공간(SE) 내에서 체류하는 과정에서 충분히 혼합된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 확산실(42) 내에서 혼합되는 것이 억제되어, 확산실(42) 내에 부착되는 침적물을 억제할 수 있다.
(제7 실시 형태)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 천장판(40) 상에 천장판 히터(400)가 배치되고, 천장판(40) 내에는, 확산실(42)이 마련되기 때문에, 천장판(40) 내에 가스의 층이 개재한다. 이에 의해, 천장판 히터(400)의 열이 천장판(40)의 하면에 전해지기 어렵다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 천장판 히터(400)의 주위에 천장판 히터(400)를 둘러싸도록 링형의 가스 공급관을 마련하여, 천장판 히터(400)와 천장판의 사이에 가스의 층을 배치하지 않는 구성으로 하였다. 이에 의해, 천장판 히터(400)의 열이 천장판의 하면에 전해지기 쉬워져, 천장판 히터(400)의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
도 20은, 제7 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 도 21은, 제7 실시 형태에서의 가스 공급관(45)의 일례를 도시하는 A-A 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 20에서, 도 1과 동일한 부호가 첨부된 구성은, 도 1을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
환형의 배기 덕트(13)의 상방에는, 가스 공급관(45)이 마련되어 있다. 가스 공급관(45)은, 배기 덕트(13) 상에 배치된 절연체(14)에 의해 지지되어 있다. 가스 공급관(45)의 내주에는, 알루미늄 등의 금속으로 형성된 천장판(44)이 마련되어 있다. 천장판(44) 상에는, 천장판 히터(400)가 배치되어 있다. 절연체(14), 가스 공급관(45) 및 천장판(44)에 의해 처리 용기(11)의 천장부가 구성되어 있다.
가스 공급관(45) 내에는, 가스를 확산하기 위한 확산실(450)이 형성되어 있다. 가스 공급관(45)의 상면에는 확산실(450)에 연통하는 배관(34)이 접속되어 있고, 가스 공급관(45)의 하면에는, 확산실(450)에 연통하는 복수의 토출구(451)가 형성되어 있다. 배관(34)으로부터 확산실(450) 내에 공급된 가스는, 환형의 확산실(450) 내를 확산하여, 토출구(451)로부터 처리 용기(11) 내의 공간에 공급된다. 이에 의해, 천장판 히터(400)의 열이 천장판(44)의 하면에 전해지기 쉬워져, 천장판 히터(400)의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
(제8 실시 형태)
제7 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 배관(34) 내에 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 공급되기 때문에, 배관(34) 내에서 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 혼합되어, 배관(34) 내에 침적물이 부착되는 경우가 있다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스를 각각 별도의 배관을 통해서 확산실(450) 내에 공급한다. 이에 의해, 배관의 내벽에 부착되는 침적물을 저감할 수 있어, 성막 처리에서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 22는, 제8 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 22에서, 도 20과 동일한 부호가 첨부된 구성은, 도 20을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
가스 공급관(45)의 확산실(450)에는, 배관(34a) 및 배관(34b)이 접속되어 있다. 배관(34a)에는, 밸브(33a)를 통해서, MFC(32a), 기화기(31a) 및 원료 공급원(30a)이 접속되어 있고, 원료 공급원(30a)으로부터 공급된 제1 모노머의 가스가 유통된다. 배관(34b)에는, 밸브(33b)를 통해서, MFC(32b), 기화기(31b) 및 원료 공급원(30b)이 접속되어 있고, 원료 공급원(30b)으로부터 공급된 제2 모노머의 가스가 유통된다. 배관(34a)을 통해서 공급된 제1 모노머의 가스와, 배관(34b)을 통해서 공급된 제2 모노머의 가스는, 확산실(450) 내에서 혼합되어, 토출구(451)로부터 처리 용기(11) 내에 공급된다. 이에 의해, 배관(34a) 및 배관(34b)의 내벽에 부착되는 침적물을 저감할 수 있어, 성막 처리에서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
(제9 실시 형태)
제8 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 각각 별도의 배관을 통해서 확산실(450) 내에 공급되어, 확산실(450) 내에서 혼합되었다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 확산실(450)이 2개의 공간으로 칸막이되어, 한쪽 공간에 제1 모노머의 가스가 공급되고, 다른 쪽 공간에 제2 모노머의 가스가 공급된다. 또한, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가, 외부 공간(SE)의 컨덕턴스보다도 작아지도록, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 제어된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스는, 확산실(450) 내에서는 혼합되지 않고 토출구(451)로부터 처리 용기(11) 내에 공급된다. 그리고, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스는, 외부 공간(SE) 내에서 체류하는 과정에서 혼합된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 확산실(450) 내에서 혼합되는 것이 억제되어, 확산실(450) 내에 부착되는 침적물을 억제할 수 있다.
도 23은, 제9 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 도 24는, 제9 실시 형태에서의 링 부재의 일례를 도시하는 A-A 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 23에서, 도 22와 동일한 부호가 첨부된 구성은, 도 22를 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
예를 들어 도 24에 도시된 바와 같이, 확산실(450)은, 칸막이 부재(452)에 의해 확산실(450a) 및 확산실(450b)로 칸막이되어 있다. 확산실(450a)에는, 배관(34a)이 접속되어 있어, 배관(34a)을 통해서 제1 모노머의 가스가 공급된다. 확산실(450a) 내에 공급된 제1 모노머의 가스는, 토출구(451)를 통해서 처리 용기(11) 내에 공급된다. 확산실(450b)에는, 배관(34b)이 접속되어 있어, 배관(34b)을 통해서 제2 모노머의 가스가 공급된다. 확산실(450b) 내에 공급된 제1 모노머의 가스는, 토출구(451)를 통해서 처리 용기(11) 내에 공급된다.
또한, 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 처리 공간(SP)의 컨덕턴스가, 외부 공간(SE)의 컨덕턴스보다도 작아지도록, 천장판(40)과 스테이지(21) 상의 웨이퍼(W)의 사이의 갭이 제어된다. 이에 의해, 토출구(451)로부터 공급된 가스는 외부 공간(SE) 내에서 체류하는 과정에서 충분히 혼합된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스가 확산실(450a) 및 확산실(450b) 내에서 혼합되는 것이 억제되어, 확산실(450a) 및 확산실(450b) 내에 부착되는 침적물을 억제할 수 있다.
(제10 실시 형태)
제9 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 외부 공간(SE)이 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따라 2개의 공간으로 나뉘어, 한쪽 공간에 제1 모노머의 가스가 공급되고, 다른 쪽 공간에 제2 모노머의 가스가 공급된다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 상하로 2단의 환형의 확산 공간을 갖는 가스 공급관이 사용되어, 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따라 외부 공간(SE)에 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스가 각각 공급된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스를 외부 공간(SE) 내에서 효율적으로 혼합시킬 수 있다.
도 25는, 제10 실시 형태에서의 성막 장치(1)의 일례를 도시하는 부분 단면도이다. 도 26은, 제10 실시 형태에서의 가스 공급관(47)의 일례를 도시하는 종단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 25에서, 도 23과 동일한 부호가 첨부된 구성은, 도 23을 참조하여 설명된 구성과 동일 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.
환형의 배기 덕트(13)의 상방에는, 가스 공급관(47)이 마련되어 있다. 가스 공급관(47)은, 배기 덕트(13) 상에 배치된 절연체(14)에 의해 지지되어 있다. 가스 공급관(47)의 내주에는, 알루미늄 등의 금속으로 형성된 천장판(44)이 마련되어 있다. 천장판(44) 상에는, 천장판 히터(400)가 배치되어 있다. 절연체(14), 가스 공급관(47) 및 천장판(44)에 의해 처리 용기(11)의 천장부가 구성되어 있다.
예를 들어 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 가스 공급관(47) 내에는, 가스를 확산하기 위한 확산실(470a) 및 확산실(470b)이 형성되어 있다. 가스 공급관(47)의 상면에는 확산실(470a)에 연통하는 배관(34a)이 접속되어 있다. 가스 공급관(47)의 하면에는, 복수의 토출구(471a)가 형성되어 있고, 각각의 토출구(471a)는 내부 배관(472a)을 통해서 확산실(470a)에 연통하고 있다. 또한, 가스 공급관(47)의 상면에는 확산실(470b)에 연통하는 배관(34b)이 접속되어 있다. 배관(34b)은, 내부 배관(472b)을 통해서 확산실(470b)에 연통하고 있다. 가스 공급관(47)의 하면에는, 복수의 토출구(471b)가 형성되어 있고, 각각의 토출구(471b)는 확산실(470b)에 연통하고 있다.
이와 같은 구성에 의해, 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따라, 제1 모노머의 가스가 공급되는 토출구(471a)와, 제2 모노머의 가스가 공급되는 토출구(471b)가 교대로 배치된다. 이에 의해, 제1 모노머의 가스와 제2 모노머의 가스를 외부 공간(SE) 내에서 효율적으로 혼합시킬 수 있다.
[기타]
또한, 본원에 개시된 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기한 각 실시 형태에서는, 중합체의 일례로서 요소 결합을 갖는 중합체가 사용되었지만, 중합체로서는, 요소 결합 이외의 결합을 갖는 중합체가 사용되어도 된다. 요소 결합 이외의 결합을 갖는 중합체로서는, 예를 들어 우레탄 결합을 갖는 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 폴리우레탄은, 예를 들어 알코올기를 갖는 모노머와 이소시아네이트기를 갖는 모노머를 공중합시킴으로써 합성할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 천장판 히터(400)에 의해 가열된 천장판(40)이나 천장판(44)으로부터의 복사열이, 웨이퍼(W)를 가열하는 열원의 하나로 되어 있다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 천장판(40)이나 천장판(44)을, 광을 투과하는 석영 등의 재료에 의해 구성하고, 천장판 히터(400) 대신에 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자를 다수 갖는 가열원을 천장판(40)이나 천장판(44) 상에 배치해도 된다. 이에 의해, 천장판(40)이나 천장판(44)을 통해서 가열원으로부터 조사된 적외선에 의해, 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다.
또한, 가열원으로서, 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자를 사용하는 경우, 예를 들어 도 12와 같이, 스테이지(21) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심축(X)을 중심으로 하는 동심원형의 영역(410a 내지 410d) 각각에, 동심원 형상으로 배치되어도 된다. 그리고, 발광 소자로부터 웨이퍼(W)에 조사되는 적외선의 강도는, 영역(410a 내지 410d) 각각에 배치된 복수의 발광 소자별로 독립적으로 제어되어도 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (7)

  1. 증착 중합에 의해 기판에 중합체의 유기막을 성막하는 성막 장치에 있어서,
    상기 기판이 수용되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 제1 모노머의 가스 및 상기 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 상기 기판 상에서의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 상기 처리 용기 내에서의 가스의 흐름을 제어하는 농도 분포 제어부를 포함하고,
    상기 기판은 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 기판의 중심을 포함하는 영역이고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역에 비해 기판의 에지측 영역이고, 상기 제1 영역에 대응하는 영역의 상기 혼합 가스의 농도가 상기 제2 영역에 대응하는 영역의 상기 혼합 가스의 농도보다 높도록 구성되고,
    상기 제1 영역의 온도가 상기 제2 영역의 온도보다도 높아지도록 상기 기판의 온도 분포를 제어하는 온도 분포 제어부를 더 포함하고,
    상기 농도 분포 제어부는,
    상기 기판의 주연을 따라 배치되고, 상기 제1 모노머의 가스 및 상기 제2 모노머의 가스를, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판의 영역의 외측에 공급하는 복수의 제1 공급구와,
    상기 처리 용기 내에 마련된 스테이지 상에 적재된 상기 기판과 상기 처리 용기의 천장판의 사이의 거리를 제어하는 승강 기구
    를 포함하고,
    상기 농도 분포 제어부는, 상기 승강 기구에 의해, 상기 기판의 영역의 외측 공간의 컨덕턴스에 대한 상기 천장판과 상기 스테이지 상의 상기 기판의 사이의 컨덕턴스를 제어함으로써, 상기 기판 상에서의 상기 혼합 가스의 농도가 상기 미리 정해진 분포로 되도록 상기 처리 용기 내에서의 상기 혼합 가스의 흐름을 제어하고,
    상기 스테이지의 외주부에 마련되어, 상기 기판이 적재되는 영역의 외측 영역을, 상기 기판의 온도보다 높은 온도로 가열하는 외주 히터를 포함하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도 분포 제어부는,
    상기 천장판에 마련된 천장판 히터와,
    상기 처리 용기의 측벽에 마련된 측벽 히터
    를 포함하고,
    상기 측벽 히터에 의해 가열된 상기 측벽으로부터의 복사열과, 상기 천장판 히터에 의해 가열된 상기 천장판으로부터의 복사열의 비를 제어함으로써, 상기 기판의 상기 제1 영역의 온도가 상기 기판의 상기 제2 영역의 온도보다 높아지도록, 상기 기판의 온도 분포를 제어하는, 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판은, 원판형이며,
    상기 천장판 히터는, 상기 스테이지에 적재된 상기 기판의 중심축을 중심으로 하는 원의 직경 방향으로 분할된 복수의 부분 히터를 포함하고,
    상기 온도 분포 제어부는, 각각의 상기 부분 히터의 온도를 각각 독립적으로 제어함으로써, 상기 기판의 상기 제1 영역의 온도가 상기 기판의 상기 제2 영역의 온도보다 높아지도록, 상기 기판의 온도 분포를 제어하는, 성막 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은, 원판형이며,
    상기 천장판은, 상기 스테이지에 적재된 상기 기판의 중심축 상에 마련되어, 상기 기판을 향해서 불활성 가스를 공급하는 제2 공급구를 포함하는, 성막 장치.
  5. 증착 중합에 의해 기판에 중합체의 유기막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
    상기 기판이 수용되는 처리 용기 내에, 제1 모노머의 가스 및 제2 모노머의 가스를 공급하는 공정과,
    상기 제1 모노머의 가스 및 상기 제2 모노머의 가스를 포함하는 혼합 가스의 상기 기판 상에서의 농도가 미리 정해진 분포로 되도록 상기 처리 용기 내에서의 가스의 흐름을 제어하는 공정을 포함하고,
    상기 기판은 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 기판의 중심을 포함하는 영역이고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역에 비해 기판의 에지측 영역이고, 상기 제1 영역에 대응하는 영역의 상기 혼합 가스의 농도가 상기 제2 영역에 대응하는 영역의 상기 혼합 가스의 농도보다 높고,
    상기 제1 영역의 온도가 상기 제2 영역의 온도보다 높아지도록 상기 기판의 온도 분포를 제어하는 공정을 더 포함하고,
    상기 가스의 흐름을 제어하는 공정은,
    상기 기판의 주연을 따라 배치되는 복수의 제1 공급구로부터, 상기 제1 모노머의 가스 및 상기 제2 모노머의 가스를, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판의 영역의 외측에 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 마련된 스테이지 상에 적재된 상기 기판과 상기 처리 용기의 천장판의 사이의 거리를 제어하는 공정
    을 포함하고,
    상기 가스의 흐름을 제어하는 공정은, 상기 거리를 제어하는 공정에 의해, 상기 기판의 영역의 외측 공간의 컨덕턴스에 대한 상기 천장판과 상기 스테이지 상의 상기 기판의 사이의 컨덕턴스를 제어함으로써, 상기 기판 상에서의 상기 혼합 가스의 농도가 상기 미리 정해진 분포로 되도록 상기 처리 용기 내에서의 상기 혼합 가스의 흐름을 제어하고,
    상기 스테이지의 외주부에 마련되는 외주 히터로, 상기 기판이 적재되는 영역의 외측 영역을, 상기 기판의 온도보다 높은 온도로 가열하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
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