KR20010101743A - 금속박막의 성막방법 및 그 장치 - Google Patents

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호리에구니아키
오구레나오아키
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구보타마고토
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마에다 시게루
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Abstract

본 발명은 반도체, 그 밖의 기판의 표면에 구리나 은 등의 금속박막을 성막하는 금속박막의 성막방법 및 그 장치에 관한 것으로, 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 준비하는 공정과, 상기 분산액을 기판의 표면에 도포하여 용매를 증발시켜 코팅층을 형성하는 공정과, 상기 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시키는 공정을 가진다. 본 발명에 의하면 품질이 좋은 금속박막을 효율 좋게 안정적으로 형성할 수 있어 이 금속박막을 반도체회로의 고집적화에 대응하는 금속배선으로서 사용함으로써, 반도체디바이스의 제조방법의 진보에 기여할 수 있다.

Description

금속박막의 성막방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING THIN FILM OF METAL}
반도체기판 위에 배선회로를 형성하기 위한 재료로서는 알루미늄 또는 알루미늄합금이 일반적으로 사용되고 있고, 이것을 스패터링, CVD 등의 방법으로 성막한 후, 에칭 등에 의해 패턴형성하고 있었다. 최근의 집적도의 향상에 따라 더욱 전도율이 높은 은이나 구리 또는 그 합금을 배선재료에 채용하는 것이 요구되고 있으나, 이것은 드라이에칭이 어렵기 때문에 미리 형성된 배선패턴홈을 가지는 기판을 도금액 중에 침지시켜 전해 또는 무전해도금을 행하여 홈에 은이나 구리 또는 그 합금을 충전하는 방법이 제안되고 있다.
그러나 에칭 등에 의해 패턴형성하는 방법에서는 공정수가 많아질 뿐만 아니라, 에칭이 곤란한 금속에 대해서는 패턴형성이 사실상 불가능하였다. 또 도금법은 저렴하고 또한 기술적으로 완성도가 높은 기술이나, 전해도금에서는 도전성 재료 위에 밖에 성막을 할 수 없고, 또 무전해도금에서는 도금액 중에 포함되는 물질이 환경이나 작업노동환경에 주는 영향이 문제로 되어 있다. 이 때문에 에칭이나 도금을 행하는 일 없이 금속배선을 형성할 수 있도록 한 기술의 개발이 강하게 요구되고 있었다.
본 발명은 반도체, 그 밖의 기판의 표면에 구리나 은 등의 금속박막을 성막하는 금속박막의 성막방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 반도체기판 위에 형성된 고도집적회로에 있어서의 미세한 금속배선을 형성하는 데 사용하기에 적합한 금속박막의 성막방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 금속박막의 성막방법을 공정순으로 나타내는 도,
도 2는 원료가 되는 초미립자의 구조를 모식적으로 나타내는도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 금속박막의 성막방법에 의해 코팅층을 형성하였을 때의 상태를 나타내는 도,
도 4는 에너지빔 조사의 설명도,
도 5는 기판의 표면에 남은 초미립자를 제거하였을 때의 상태를 나타내는 도,
도 6은 절연막을 뿜어서 도포한 후의 상태를 나타내는 도,
도 7은 CMP 처리를 실시한 후의 상태를 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 성막장치의 외관도,
도 9는 본 발명의 성막장치의 청정룸내에 배치한 예를 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 성막장치의 배치도,
도 11은 본 발명의 성막장치의 분산액공급장치의 일부를 절단하여 나타내는 도,
도 12는 마찬가지로 종단면도,
도 13은 본 발명의 성막장치의 예비건조장치의 단면도,
도 14는 본 발명의 에너지빔조사장치의 외관도,
도 15는 마찬가지로 에너지빔발생기의 정면도,
도 16은 마찬가지로 기판에 에너지빔을 조사하고 있을 때의 설명도,
도 17은 본 발명의 연마장치의 개요도,
도 18은 본 발명의 성막장치의 다른예를 나타내는 평면배치도이다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 성막방법을 대신하여 품질이 좋은 금속박막을 효율 좋게 안정적으로 형성할 수 있도록 한 금속박막의 성막방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은, 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 준비하는 공정과, 상기 분산액을 기판의 표면에 도포하여 용매를 증발시켜 코팅층을 형성하는 공정과, 상기 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법이다.
이에 의하여 금속함유 유기화합물에 포함되는 금속성분을 기판 표면에 균일하게 분산시키고, 이 금속함유 유기화합물 중의 유기물을 에너지빔의 조사에 의해간편하고 또한 효율 좋게 제거하여 기판의 표면에 금속함유 유기화합물에 포함되는 금속성분으로 이루어지는 고품질의 금속박막을 형성할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 분산액 중에 금속분말을 분산시킨 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 금속박막의 성막방법이다. 이에 의하여 금속분말에 의해 금속박막의 두께를 증가시킬 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 준비하는 공정과, 상기 분산액을 기판의 표면에 도포하여 용매를 증발시켜 코팅층을 형성하는 공정과, 상기 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시켜 금속패턴을 형성하는 공정과, 상기 기판의 표면에 남은 금속함유 유기화합물을 용매로 용해하여 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법이다.
이에 의하여 에너지빔을 조사한 조사부위에 위치하는 금속함유 유기화합물의 적어도 일부를 구성하는 금속만으로 이루어지는 소정의 금속패턴을 에칭이나 도금을 행하는 일 없이 기판의 표면에 형성할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 기판의 표면에 절연막을 형성하는 공정과, 그 절연막의 표면을 화학기계연마처리하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 3에 기재된 금속박막의 성막방법이다. 이에 의하여 기판의 표면에 형성한 금속패턴을 절연막으로 서로 분리시켜 금속패턴의 표면을 외부로 노출시킬 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 금속함유 유기화합물은 평균 입경이 1 내지 100 nm의 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부와, 해당 코어부에 화학적으로 결합한 유기물로 이루어지는 피복층으로 이루어지는 복합금속 초미립자 및/또는 금속착체인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 금속박막의 성막방법이다.
적어도 일부가 금속으로 이루어지는 초미립자를 제조하는 방법으로서, 금속을 진공 중, 약간의 가스의 존재 하에서 증발시킴으로써 기상 중으로부터 금속만으로 이루어지는 초미립자를 응결시켜 초미세한 금속미립자를 얻는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이와 같은 물리적인 공정을 사용하는 방법에서는 금속초미립자의 생성량이 적기 때문에 대량생산에 적합하지 않고, 또 금속을 증발시키기 위하여 전자빔, 플라즈마, 레이저, 유도가열 등의 장치가 필요하기 때문에 비용이 높아져 버린다. 또 입경분포가 크기 때문에 가열처리하여도 일부가 용융하지 않은 채로 되기 때문에 균일하고 저항치가 낮은 금속박막이 얻어지지 않는다.
또 이와 같은 금속만으로 이루어지는 초미립자를 사용하는 경우에는 분산액 중에 있어서 초미립자가 응집하여 버려 초미립자 분산액에 의한 피복이 불균일하게 된다는 과제가 있다. 이것을 해결하기 위하여 적당한 계면활성제를 가하여 보호 콜로이드화하는 것을 생각할 수 있으나, 그래도 분산 안정성이라는 면에서는 불충분하다.
본 발명의 복합금속 초미립자의 결합형태는 금속성분으로 이루어지는 코어부와, 피복층을 구성하는 유기화합물이 금속원자를 공유하고 있거나, 또는 유기화합물이 코어부와 이온결합에 의해 착체 유사구조를 형성하고 있다고 생각되나, 상세한 것은 명확하게 되어 있지 않다. 이와 같은 복합금속초미립자는 액상 중에서의 화학적인 공정에 있어서 제작할 수 있기 때문에, 대규모의 진공장치를 사용하는 일없이 간단한 장치를 사용하여 통상의 대기분위기하에 있어서 대량생산이 가능하여 비용이 저렴하다. 또한 입경이 균일하기 때문에 일정온도에서 모든 복합금속 초미립자끼리 융착한다. 그리고 이 복합금속 초미립자는 주위를 유기금속화합물로 피복되어 있기 때문에, 용매 중에 있어서의 응집성이 작고, 따라서 기판 표면에 균일하게 분산시키는 것이 용이하다. 또 복합금속 초미립자가 안정되어 핸들링이 하기 쉽고, 용매를 비산시킨 후에도 가열분해시키기까지는 화학적 안정성을 유지할 수 있어 공정관리가 용이하다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부의 평균 입경이 1 내지 20 nm 인 것을 특징으로 하는 청구항 5에 기재된 금속박막의 성막방법이다. 금속함유 유기화합물로서 사용되는 금속초미립자의 융점은 입경이 작아지면 저하하는 것이 알려져 있으나, 그 효과가 나타나기 시작하는 것은 20 nm 이하이고, 10 nm 이하가 되면 그 효과가 현저해진다. 따라서 상기 초미립자의 평균 입경은 1 내지 20 nm, 특히 1 내지 10 nm 인 것이 적합하다.
청구항 7에 기재된 발명은, 상기 에너지빔이 전자선이고, 공기 중, 불활성가스 중 또는 진공 중에서 그 에너지빔의 조사를 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 금속박막의 성막방법이다. 이 에너지빔으로서는 각종의 것을 이용할 수 있으나, 특히 전자빔이 효과적이고, 전자빔의 가속전압은 더 적합하게는 150 kV 이하이다. 또 특정한 패턴을 베이킹할 때는 빔을 주사시킴으로써 베이킹하여도 좋고, 또는 마스크패턴을 거쳐 베이킹하여도 좋다.
청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 성막방법에 의해 형성된 배선을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치이다.
청구항 9에 기재된 발명은, 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 기판의 표면에 도포하는 분산액 공급장치와, 상기 기판의 표면에 도포한분산액 중의 용매를 증발시켜 형성한 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시키는 에너지빔 조사장치를 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치이다.
청구항 10에 기재된 발명은, 기판의 표면에 절연막을 형성하는 절연막형성장치와, 기판의 표면에 화학기계연마처리를 행하여 여분의 절연막을 제거하는 연마장치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 9에 기재된 금속박막의 성막장치이다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 분산액공급장치는 상기 기판의 표면에 도포한 금속함유 유기화합물 중의 용매증발도 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 9 또는 청구항 10에 기재된 금속박막의 성막장치이다.
청구항 12에 기재된 발명은, 상기 기판의 표면에 도포한 금속함유 유기화합물 중의 용매를 예비건조시키는 예비건조장치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 9 또는 청구항 10에 기재된 금속박막의 성막장치이다. 이에 의하여 예를 들면 스핀 -코팅 등에 의한 스핀드라이(바람건조)만으로서는 건조되지 않는 유기용매를 완전히 건조시켜 금속박막에 보이드가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
청구항 13에 기재된 발명은, 상기 각 장치가 기판의 흐름방향을 따라, 옥내설비내에 시퀀스형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 금속박막의 성막장치이다. 이에 의하여 일련의 작업을 연속적으로 행할 수 있다.
청구항 14에 기재된 발명은, 상기 각 장치가 내부에 반송로봇을 배치한 중앙의 반송실을 중심으로 하여 방사형상으로 배치한 각 챔버에 개별로 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 금속박막의 성막장치이다. 이에 의하여 각 작업을 개별로 행하고, 또한 조합시켜 처리할 수 있다.
청구항 15에 기재된 발명은, 상기 각 장치를 피드백관리로 제어하는 컴퓨터를 더 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 13 또는 청구항 14에 기재된 금속박막의 성막장치이다. 이에 의하여 후속공정에 있어서의 처리상황을 전공정(前工程)에 반영시켜 공정을 일체화하여 최적화함으로써 제품품질을 향상시킴과 동시에, 수율을 올릴 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1(a) 내지 도 1(d)는, 기판의 전면(全面)에 금속박막을 성막하도록 한 본 발명의 제 1 실시형태의 금속박막의 성막방법을 공정순으로 나타낸다.
먼저 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 금속초미립자 및/또는 금속착체로 이루어지는 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액(10)을 준비한다. 또한 이 예에 있어서는 분산액(10) 속에 예를 들면 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 8㎛ 정도의 금속분말을 분산시켜도 좋고, 이와 같이 금속분말을 분산시킴으로써 금속박막의 막 두께를 두껍게 할 수 있다.
금속초미립자의 분산액으로서는 예를 들면,
① 진공실 중에서 불활성가스의 압력을 10 torr 이하로 하는 분위기하에서 금속을 증발시켜 진공실에 탄소수 5 이상의 알콜류의 1종류 이상을 함유하는 유기용제, 또는 유기에스테르류의 1종류 이상을 함유하는 유기용매의 증기를 동시에 도입하여 정제한 금속의 초미립자 표면을 그 유기용매로 덮도록 한 금속페이스트의 제조방법,
② 알칼리 하라이드 등의 표면에 진공증착에 의해 작성한 다중쌍정입자를 알칸티올 등의 금속표면에의 흡착기를 가지는 유기물의 용액에 혼합함으로써 금속표면에 계면활성제가 형성하는 미셀형상으로 유기물의 분자고리가 결합한 금속미립자를 제조하는 방법,
③ 금속 유기화합물 및 해당 금속 유기화합물에 유래하는 금속성분으로 주로 구성되어 있고, 실질적으로 그 중심부분이 금속성분으로 이루어지고, 그 주위가 금속유기화합물에 의해 둘러싸여 있는, 평균입경이 1 내지 100 nm 인 초미립자,
④ 금속 유기화합물을 공기를 차단한 불활성가스분위기하에 있어서, 그 금속유기화합물의 분해개시온도 이상, 또한 완전분해온도 미만의 온도에서 가열하는 것을 특징으로 하는 초미립자의 제조방법 및,
⑤ 용매 중에 금속염과 아민을 용해한 용액을 환원함으로써 얻어진 용액에 티올 또는 티올용액을 첨가함으로써 얻어지는, 표면이 티올로 보호된 금속초미립자 및 그 제조방법,
등으로 얻어지는 초미립자 분산액이나 그들의 방법으로 얻어진 초미립자를 재분산시킨 초미립자 분산액을 사용할 수 있다.
이 분산액(10)에 포함되는 금속초미립자는 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부(12)와, 유기화합물로 이루어지는 피복층(14)으로 이루어지는 복합금속미립자(16)인 것이 바람직하다. 이와 같은 복합금속초미립자(16)는 유기화합물로 이루어지는 피복층(14)에 의해 덮여져 있기 때문에 안정되고, 또한 용매 중에 있어서 응집하는 경향이 작다.
이 복합금속초미립자(16)에 있어서의 금속성분의 비율은, 통상은 50 내지 90중량% 정도로 하면 좋으나, 배선에 사용하는 경우는 통상 60 내지 90 중량% 정도, 특히 70 내지 90 중량%로 하는 것이 바람직하다.
이 복합금속초미립자(16)는 유기화합물과 출발물질인 금속염, 예를 들면 탄산염, 포름산염 또는 아세트산염 유래의 금속성분으로 구성되어 있고, 그 중심부가 금속성분으로 이루어지고, 그 주위를 이온성의 유기화합물이 둘러싸고 있다. 이 때 유기화합물과 금속성분은 그 일부 또는 전부가 화학적으로 결합한 상태로 일체화하여 존재하고 있고, 계면활성제에 의해 코팅됨으로써 안정화된 종래의 초미립자와 달리 안정성이 높음과 동시에, 더욱 높은 금속농도에 있어서도 안정된다.
복합금속초미립자(16)의 코어부(12)의 평균 입경은, 통상 1 내지 20 nm 정도, 바람직하게는 1 내지 10 nm로 한다. 이 복합금속초미립자(16)는 예를 들면 비수계 용매 중에서 또한 이온성의 유기물의 존재하에서 금속염, 예를 들면 탄산염, 포름산염 또는 아세트산염을 그 분해환원온도 이상에서, 또한 이온성의 유기물의분해온도 이하에서 가열함으로써 제조할 수 있다.
금속성분으로서는, Cu, Ag, Au, Zn, In, Si, Sn, Pd, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Os, Ir, Pt, Cr, Mo, Ba, Bi, Al, W, Ta, Ti 및 Pb 중 적어도 1종이 사용되고, 이온성의 유기물로서는, 탄산수 5 이상의 지방산, 알킬벤젠술폰산 또는 알킬술폰산이 사용된다.
가열온도는 금속염, 예를 들면 탄산염, 포름산염 또는 아세트산염의 분해환원온도 이상에서 또한 이온성의 유기물의 분해온도 이하이다. 예를 들면 아세트산은의 경우, 그 분해환원온도가 200℃ 이므로 200℃ 이상 또한 상기한 이온성 유기물을 분해하지 않는 온도로 유지하면 좋다. 이 경우 이온성 유기물을 분해하기 어렵게 하기 위하여 가열분위기는 불활성 가스분위기인 것이 바람직하나, 비수용제의 선택에 의해 대기 하에 있어도 가열가능하다.
또 가열할 때에 각종 알콜류를 첨가할 수도 있어 반응을 촉진하는 것이 가능하게 된다. 알콜류는 상기 효과가 얻어지는 한, 특히 제한되지 않고, 예를 들면 라우릴알콜, 글리세린, 에틸렌글리콜 등을 들 수 있다. 알콜류의 첨가량은 사용하는 알콜의 종류 등에 따라 적절하게 결정할 수 있으나, 통상은 중량부로서 금속염 100 에 대하여 5 내지 20 정도, 바람직하게는 5 내지 10 으로 하면 좋다.
가열이 종료한 후, 공지의 정제법에 의해 정제를 행한다. 정제법은 예를 들면 원심분리, 막정제, 용매추출 등에 의해 행하면 좋다.
이와 같이 하여 제작한 복합금속초미립자(16)를 적당한 용매 속에 분산시킴으로써 분산액(10)을 제작한다. 이와 같은 분산액(10)은 분산입자인 복합금속 초미립자(16)가 매우 미세하기 때문에 복합금속 초미립자(16)를 혼합하여 교반한 상태에서는 거의 투명하나, 용매의 종류, 복합금속 초미립자의 농도, 온도 등을 적절하게 선택함으로써 표면장력, 점성 등의 물성치를 조정할 수 있다.
다음에 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 기판(18)의 표면에 분산액(10)을 도포하여 그 분산액(10)으로 이루어지는 분산액막(20)을 형성한다. 이 기판(18)으로서는 Si, Ga, As, InP와 같은 반도체기판, 사파이어, 마그네시아, 석영, 그 외 강유전체, 금속, 유리 등을 들 수 있고, 특히 한정되지 않는다. 특히 반도체 배선용으로서는 기판으로의 금속의 확산을 방지하는 배리어메탈층이 있는 것, 또한 그 위에 시드층이 있는 것을 들 수 있다. 또 분산액(10)의 도포방법은 스프레이, 스핀-코팅 등의 액을 도포하는 방법이나, 스크린인쇄 등의 페이스트를 도포하는 방법 등을 용도에 의해 선별하면 좋다.
그리고 도 1(c)에 나타내는 바와 같이 기판(18)의 표면에 도포한 분산액막 (20)의 용매를 증발시켜 코팅층(22)을 형성한다. 이 분산액막(20)의 건조방법은 저비점의 유기용매에서는 공기 중에서의 건조, 고비점의 유기용매에서는 가열, 진공건조 등을 조합하는 방법 등으로 행하면 좋다.
다음에 도 1(d)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 불활성 가스분위기 중 또는 진공 중에서 기판(18)의 표면에 형성된 코팅층(22)을 향하여, 예를 들면 전자선으로 이루어지는 에너지빔(24)을 조사한다. 이에 의하여 코팅층(22)에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층(22)에 포함되는 금속을 결합시켜 기판(18)의 표면에 금속함유 유기화합물에 포함되는 금속성분만으로 이루어지는 금속박막(26)을형성한다.
이 에너지빔(전자선)(24)의 가속전압은 특별히 한정은 되지 않으나, 에너지빔(24)이 코팅층(22)에 도달하면 좋다. 더욱 적합하게는 150 kV 이하이고, 이 가속 전압에서는 공기 중, 또는 불활성가스 중 등의 진공 이외의 분위기에 에너지빔 (24)을 인출하는 것도 할 수 있다. 또 저가속전압만큼 흡수효율이 오르기 때문에 가속전압을 조정함으로써 코팅층(22)에만 효율적으로 에너지빔(24)을 흡수시키도록 할 수 있다. 이에 의하여 기판(18)을 가열하는 일 없이 유기물을 제거할 수도 있다.
단, 이 영역의 가속전압을 코팅층(22)에 조사하여 상기와 같은 효과를 얻기위해서는 에너지빔조사장치의 창문재로서, 얇아 에너지빔을 흡수하기 어려운 것을 사용할 필요가 있다. 창문재에서의 에너지빔흡수량이 지나치게 많으면, 상기한 가속 전압에서는 에너지빔이 피대조물인 코팅층(22)에 이르지 않거나, 창문재가 가열되어 공냉의 한계를 초과하는 등의 문제가 일어나는 것이 알려져 있기 때문이다. 창문재로서는 Si, Ti 등이 적합하게 사용된다.
도 3(a) 내지 도 7(b)는 반도체기판 위에 형성된 고도집적회로에 있어서의 미세한 배선을 형성하는 데 적용한 본 발명의 제 2 실시형태의 금속박막의 성막방법을 공정순으로 나타낸다.
먼저, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(18)의 표면에 분산액(10)을 접촉시켜 이 기판(18)의 표면에 부착된 분산액(10)의 용매를 증발시키는 처리를 필요에 따라 복수회 반복하여 행하여 소정의 두께를 가지는 코팅층(22)을 형성한다.
이 분산액(10)을 기판(18)의 표면에 접촉시키는 방법으로서는, 분산액을 용기에 넣어 액고임부를 형성하고, 이것에 기판을 침지시키는 침지법, 분산액을 기판을 향하여 뿜어 도포하는 스프레이도포법, 분산액을 기판 위에 적하한 후, 기판을 회전시키는 스핀-코팅 등의 각종 방법을 들 수 있다. 이 때 기판면의 불필요 개소에 마스킹을 하여도 좋다. 또 용매의 건조는 상온 내지 가열 하에서 행할 수 있다.
다음에 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 코팅층(22)의 배선패턴을 따른 소정의 위치에 광레이저나 전자선 등의 에너지빔(24)을 조사하고, 이에 의하여 이 에너지빔(24)을 조사한 조사부위(A)에 위치하는 코팅층(22)에 포함되는 유기물을 분해 제거하고, 그 코팅층(22)에 포함되는 금속을 결합시켜 금속패턴(30)을 형성한다. 즉 분산액(10)으로서 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부(12)와, 유기화합물로 이루어지는 피복층(14)으로 이루어지는 복합금속초미립자(16)로 이루어지는 금속초미립자를 분산시킨 것을 사용한 경우에는 조사부위(A)에 위치하는 복합금속초미립자(16)를 이 피복층(유기화합물)(14)이 코어부(12)로부터의 이탈하는 온도, 또는 피복층(14)의 분해온도 이상으로 에너지빔(24)을 거쳐 가열함으로써 코어부(12)로부터 피복층(14)을 이탈시키거나, 또는 피복층(14)을 분해하여 소멸시키고, 동시에 코어부(12)를 결합시킨다.
또한 이 예에서는 코팅층(22)의 소정의 위치를 에너지빔(24)으로 스캔한 예를 나타내고 있으나, 하기와 같이 마스크를 사용하여 에너지빔을 기판의 전면에 일괄하여 조사하도록 하여도 좋다.
다음에 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 기판(18)의 표면에 남은 금속함유 유기화합물, 즉 코팅층(22)의 상기 에너지빔(24)의 조사부위(A) 이외에 위치하는 금속함유 유기화합물을 적당한 용매에 재용해시켜 제거하여 배선패턴을 따른 금속패턴(30)을 노출시킨다. 이 때 기판(18)의 표면에 남은 예를 들면 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 복합금속 초미립자(16)에 있어서는 피복층(14)이 소멸하고 있지 않기 때문에 상기와 같이 용매에 용이하게 용해된다.
다음에 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 기판(18)의 표면에 절연막(32)을 적층하여 베이킹한다. 이 절연막(32)은 금속패턴(30)을 분리하기 위한 것으로, 이 적층높이를 금속패턴(30)의 막 두께보다 높게 설정한다.
그리고 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 절연막(32)의 표면에 해당절연막(32)의 표면이 금속패턴(30)의 표면과 동일면이 되도록 CMP (화학기계연마)처리를 실시하여 금속패턴(30)의 표면을 외부에 노출시키고, 이 금속패턴(30)에 의해 절연막(32)내에 매립된 금속배선을 형성한다.
또한 상기 실시형태에 있어서는, 초미립자로서 복합금속초미립자를 사용하고, 이것을 용매 중에 분산시켜 초미립자분산액을 형성한 예를 나타내고 있으나, 이 복합금속초미립자를 대신하여 일반적으로 알려진 금속만으로 이루어지는 초미립자를 사용하고, 이것을 용매 중에 분산시켜 초미립자분산액을 형성하도록 하여도 좋고, 또 금속착체를 사용하여도 좋음은 물론이다.
다음에 도 8 내지 도 18을 참조하여 상기한 금속박막의 성막방법을 실현하는 본 발명의 성막장치를 설명한다.
도 8은 성막장치를 내부에 배치한 직사각형상의 옥내설비(40)를 나타내는 것으로, 이 옥내설비(40)의 천정에는 하기의 분산액 공급부(64) 및 예비건조부(68)내의 배기가스를 배기하는 배기덕트(42)와, 에너지빔조사부(72) 및 절연막형성부(75)내의 배기가스를 배기하는 배기덕트(44)와, 연마(CMP)부(78) 등의 공기조화를 행하는 공기조화설비(46)가 구비되어 있다. 또한 측벽의 일부에는 기판(18)을 수납한 카세트(48)를 출입시키는 출입포트(50)와 제어패널(52)이 설치되어 있다.
이 옥내설비(40)는 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 청정룸의 유틸리티영역(54)내에 그 유틸리티영역(54)과 청정영역(56)을 칸막이하는 칸막이벽(58)에 설치한 개구에 옥내설비(40)의 끝부가 위치하여 출입포트(50)와 제어패널(52)이 청정영역(56)내에 노출하도록 배치된다. 그리고 양 배기덕트(42, 44)는 공통하는 1개의 배기덕트(45)와 연통하고, 이 배기덕트(45)는 유틸리티영역(54)의 외부로 연장돌출하고 있다.
옥내설비(40)의 내부는 도 10에 나타내는 바와 같이 출입포트(50)를 가지는 로드·언로드부(60)와, 분산액공급장치(62)를 수납한 분산액공급부(64)와, 예비건조장치(66)를 수납한 예비건조부(68)와, 에너지빔조사장치(70)를 수납한 에너지빔조사부(72)와, 절연막형성장치(74)를 수납한 절연막형성부(75)와, 연마장치(76)를 수납한 연마부(78)로 구분되어 있다. 이들 각 장치(62, 66, 70, 74, 76)는 일련의 성막작업을 연속적으로 행할 수 있도록 기판의 흐름방향을 따라 시퀀스형상으로 배치되어 있다. 여기에 분산액공급부(64) 및 예비건조부(68)는 유기용매가 가지는 폭발성을 고려하여 방폭구조가 채용되어 있다.
상기 장치(62, 66, 70, 74, 76)는 각각 독립의 제어컴퓨터에 의해 운전관리되나, 이들 각 운전정보를 각 컴퓨터 사이에서 정보교환하는 공정관리컴퓨터(80)가 구비되고, 이 공정관리컴퓨터(80)에 의한 공정의 피드백관리를 사용함으로써 공정을 일체로 하여 최적화할 수 있게 되어 있다.
이들 운전관리정보의 중에는 그 자리 분석장치에 의한 품질관리정보가 포함되어 있고, 예를 들면 코팅층을 형성하는 공정에서 코팅층의 두께에 부족의 경향이 있으면 이것을 미리 예측하여 해당 공정시간을 연장하고, 그 정보를 에너지빔조사공정에 피드백하여 제작 중의 물건을 1차 보관장소에 정체시킴과 동시에, 다음 제작 중의 물건의 처리를 오퍼레이터의 지시없이 연장함으로써 제품 품질을 향상시켜 수율을 올릴 수 있도록 구성되어 있다.
또한 이 예에 있어서는 1개의 출입포트를 구비하고, 이 내부에 1개의 카세트를 수납하도록 하고 있으나, 2개의 출입포트를 구비하고, 이 각 출입포트내에 각각 카세트를 수납하도록 하여도 좋음은 물론이다.
도 11 및 도 12는 분산액공급장치(62)를 나타낸다. 이 분산액공급장치(62)는 상기 분산액(10)을 기판(18)의 표면에 공급하는 것으로, 기판(18)을 그 기판 (18)의 배선형성면(표면)을 위를 향하게 유지하여 회전시키는 기판유지부(84)와, 이 기판유지부(84)로 유지한 기판(18)의 주위를 둘러싸는 바닥이 있는 컵형상의 비산방지판(86)을 가지고 있다. 기판유지부(84)는 그 상면에 기판(18)을 흡착유지하는 진공척을 구비하고, 서보모터(88)로부터 연장되는 회전축(90)의 상단에 연결되어 서보모터(88)의 구동에 따라 회전하도록 되어 있다. 비산방지판(86)은 유기용매에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 스테인레스로 구성되어 있다.
기판유지부(84)로 유지한 기판(18) 표면의 중앙부 또는 중앙부로부터 약간 어긋나게 한 지점의 위쪽에 위치하여 분산액(10)을 적하하는 분산액공급노즐(92)이 아래쪽을 향하여 배치되고, 이 분산액공급노즐(92)은 아암(94)의 자유단에 연결되어 있다. 이 아암(94)의 내부에는 소정량의 분산액(10)을 공급하는, 예를 들면 실린지펌프 등의 정량공급장치(96)로부터 연장되는 배관이 배치되고, 이 배관은 분산액공급노즐(92)과 연통하고 있다.
또 기판유지부(84)로 유지한 기판(18)의 주변부 위쪽에 위치하여 세정액을 기판(18)의 베벨부를 향하여 공급하는 베벨세정노즐(98)이 아래쪽을 향하여 안쪽으로 경사져 배치되고, 또한 기판유지부(84)로 유지한 기판(18)의 아래쪽에 위치하여가스 또는 세정액을 기판(18)의 이면을 향하여 공급하는 복수의 이면세정노즐(100)이 위쪽을 향하여 바깥쪽으로 경사져 배치되어 있다. 비산방지판(86)의 바닥부에는 드레인구멍(86a)이 설치되어 있다.
이에 의하여 기판(18)을 기판유지부(84)로 유지하여 서보모터(88)를 구동하여 예를 들면 300 내지 500 rpm, 더욱 바람직하게는 400 내지 500 rpm으로 회전시키면서 기판(18) 표면의 중앙부에 분산액공급노즐(92)로부터 소정량의 분산액(10)을 적하하여 기판(18)의 표면을 분산액(10)이 덮었을 때에 이 적하를 정지함으로써 분산액(10)을 기판(18)의 표면에 균일하게 도포한다. 이 때 베벨세정노즐(98)로부터 예를 들면 메탄올이나 아세톤 등의 친수성 유기용매, 또는 에탄올이나 이소프로필알콜 등의 세정액을 기판(18)의 베벨부에 동시에 공급함으로써 분산액(10)의 가장자리 늘어짐이나 돌아 듦을 방지하고, 또한 이면세정노즐(100)로부터 N2가스 또는 공기 등의 가스, 또는 상기 베벨부에 공급하는 세정액과 동일한 세정액을 기판(18)의 이면에 공급하고, 이 기류 또는 세정액으로 기판(18)의 이면의 오염을 방지한다.
그리고 분산액(10)의 적하를 정지한 상태에서 서보모터(88)를 거쳐 기판(18)을 회전시키는 스핀건조(바람건조)를 실시함으로써 기판(18)의 도포한 분산액(10) 중의 용매를 증발시킨다.
이와 같이 기판(18)의 배선형성면에 분산액(10)을 부착시켜 스핀건조시키는 공정을 필요에 따라 복수회 반복하여 행하여 기판(18) 위에 남는 코팅층(22)[도 1(c), 도 4참조]이 일정한 두께에 도달하였을 때에 이 조작을 정지한다.
또한 마지막으로 기판을 더욱 고속으로 회전시킴으로써 용매의 건조를 빠르게 하도록 하여도 좋다. 또 여분의 분산액(10)과 기판의 베벨부 및 이면의 세정에 사용된 세정액은 드레인구멍(86a)으로부터 외부로 배출된다.
도 13은 예비건조장치(66)를 나타내는 것으로, 이것은 기판(18)을 그 표면을 상향으로 하여 유지하는 기판유지대(110)와, 이 기판유지대(110)의 위쪽에 배치한 예를 들면 램프히터(112)를 가지는 가열장치(114)를 가지고 있다.
이 예비건조장치(66)는 상기한 분산액공급장치(62)에 의한 스핀건조에서는증발되지 않고 있는 용매를 건조시키기 위한 것으로, 예를 들면 매우 얇게 코팅하는 경우 등, 분산액공급장치(62)에 의한 스핀건조에 의해 용매가 충분히 건조되는 경우에는 반드시 필요하지는 않다.
즉, 기판(18)의 표면에 퇴적한 코팅층(22)[도 1(a), 도 4참조] 중에 유기용매가 남아 있는 상태에서 이 표면에 에너지빔을 조사시켜 금속박막을 형성하면 금속박막의 내부에 보이드가 발생하는 경우가 있다. 따라서 예비건조장치(66)로 용매를 완전히 건조시킴으로써 이와 같은 보이드의 발생을 방지하는 것으로, 이 예비건조장치(66)의 가열온도는 초미립자의 분해까지 가지 않는 온도, 예를 들면 100℃ 정도가 바람직하고, 이에 의하여 초미립자의 분해에 의해 예비건조장치(66)가 오염되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 14 및 도 15는 에너지빔조사장치(70)를 나타낸다. 이 에너지빔조사장치 (70)는 복수의 에너지빔발생기(120)를 일면에 배치하여 수납한 램프하우징(122)과, 이 램프하우징(122)의 바닥부에 출입 자유로운 반송대(124)를 가지고 있다. 이 에너지빔발생기(120)는 그 주사관(126)의 빔 인출구(128)를 하향으로 배치되어 있다. 그리고 반송대(124)의 상면에 기판(18)을 그 코팅층 형성면을 상향으로 하여 얹어 놓고, 이 반송대(124)를 램프하우스(122)의 바닥부에 장착한 후, 에너지빔발생기 (120)로부터 에너지빔(전자선)(24)[도 1(d) 및 도 4참조]을 기판(18)을 향하여 조사하고, 이에 의하여 코팅층(22)에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 해당 코팅층 (22)에 포함되는 금속을 결합시켜 기판(18)의 표면에 금속함유 유기화합물에 포함되는 금속성분만으로 이루어지는 금속박막(26)[도 1(d)참조] 또는 금속패턴(30)(도4 참조)을 형성하도록 되어 있다.
여기서 이 예에서는 에너지빔발생기(120)로서 예를 들면 30 내지 70 kV 정도의 저가속전압으로 전자선을 조사하는 전자빔발생기를 사용하고, 또한 기판(18)의 일면에 일괄하여 조사하도록 하고 있다. 이에 의하여 예를 들면 도 1(d)에 나타내는 금속박막(26)을 형성하는 경우에는 도 16(a)에 나타내는 바와 같이 에너지빔(전자선)(24)을 기판(18)에 직접 조사하여 도 4에 나타내는 금속패턴(30)을 형성하는 경우에는 도 16(b)에 나타내는 바와 같이 소정의 패턴을 형성한 마스크(130)를 빔 인출구(128)의 아래쪽에 배치하여 이 마스크(130)를 통과시켜 에너지빔(전자선)(24)을 기판(18)에 조사하도록 하고 있다. 또한 상기한 바와 같이 코팅층 (22)의 소정의 위치를 에너지빔(24)으로 스캔하도록 하여도 좋음은 물론이다.
도 17은 기판(18)의 표면에 화학기계연마(CMP)처리를 행하여 여분의 절연막을 제거하는 연마장치(76)를 나타내는 것으로, 이것은 상면에 연마포(연마패드) (170)를 부착하여 연마면을 구성하는 연마테이블(172)과, 기판(18)을 그 피연마면의 연마테이블(172)을 향하여 유지하는 톱링(174)을 구비하고 있다. 그리고 연마테이블(172)과 톱링(174)을 각각 자전시켜 연마테이블(172)의 위쪽에 설치된 숫돌액노즐(176)로부터 숫돌액을 공급하면서 톱링(174)에 의해 기판(18)을 일정한 압력으로 연마테이블(172)의 연마포(170)에 가압함으로써 기판(18)의 표면을 연마하도록 되어 있다. 숫돌액노즐(176)로부터 공급되는 숫돌액으로서는, 예를 들면 알칼리용액에 실리카 등의 미립자로 이루어지는 숫돌입자를 현탁한 것을 사용하고, 알칼리에 의한 화학적 연마작용과, 숫돌입자에 의한 기계적 연마작용의 복합작용인화학적·기계적 연마에 의해 기판(18)이 평탄하고 또한 경면형상으로 연마된다.
이와 같은 연마장치(76)를 사용하여 연마작업을 계속하면 연마포(170)의 연마면의 연마력이 저하하나, 이 연마력을 회복시킥 위하여 드레서(178)를 설치하고, 이 드레서(178)에 의해 연마하는 기판(18)의 교환시 등에 연마포(170)의 날 세우기 (드레싱)가 행하여지고 있다. 이 드레싱처리에 있어서는 드레서(178)의 드레싱면(드레싱부재)을 연마테이블(172)의 연마포(170)에 가압하면서 이들을 자전시킴으로써 연마면에 부착된 숫돌액이나 절삭찌꺼기를 제거함과 동시에, 연마면의 평탄화 및 날 세우기가 행하여져 연마면이 재생된다.
상기한 바와 같이 구성한 성막장치에 의하면, 먼저 출입포트(50)내에 기판 (18)을 수납한 카세트(48)를 넣고 이 카세트(48)로부터 1매의 기판(18)을 꺼내어 분산액공급부(64)의 분산액공급장치(62)에 반송한다. 그리고 이 분산액공급장치 (62)로 기판(18)의 표면에 분산액(10)을 공급하여 스핀건조시키고, 이 조작을 필요에 따라 복수회 반복하여 코팅층(22)[도 1(c) 및 도 4참조]을 형성하고, 이것이 소정의 두께에 도달하면 필요에 따라 기판(18)을 예비건조장치(66)에 반송하고, 이 예비건조장치(66)로 코팅층(22)내의 용매를 증발시킨다.
다음에 이 코팅층(22)을 형성한 기판(18)을 에너지빔조사부(72)의 에너지빔조사장치(70)에 반송하고, 이 기판(18)을 얹어 놓은 반송대(124)를 램프하우스 (122)의 바닥부에 장착하고, 에너지빔발생기(120)로부터 에너지빔(전자선)(24)[도 1(d) 및 도 4참조]을 기판(18)을 향하여 조사하여 금속함유 유기화합물에 포함되는 금속성분만으로 이루어지는 금속박막(26)[도 1(d)참조] 또는 금속패턴(30)(도 4 참조)을 형성한다.
다음에 기판(18)의 표면에 남은 금속함유 유기화합물을 적당한 용매에 재용해시켜 제거하여 배선패턴에 따른 금속패턴(30)을 노출시키고(도 5참조), 그런 다음에 이 기판(18)을 절연막형성부(75)의 절얀막형성장치(74)에 반송하여 기판(18)의 표면에 절연막(32)을 적층하여 베이킹한다(도 6참조).
그리고 절연막형성 후의 기판(18)을 연마부(78)의 연마장치(76)에 반송하고, 이 연마장치(76)로 기판(18)의 표면에 화학기계연마처리를 행하여 여분의 절연막을 제거하고(도 7참조), 그런 다음에 이 기판(18)을 카세트(48)로 되돌아가게 한다. 이 성막장치에 의하면, 이 일련의 작업을 연속하여 행할 수 있다.
도 18은 본 발명의 성막장치의 다른예를 나타내는 것으로, 이것은 내부에 반송 로봇(220)을 구비한 중앙의 반송실(222)을 중심으로 하여 분산액공급장치(62)를 수납한 분산액공급실(224), 예비건조장치(66)를 수납한 예비건조실(225), 에너지빔조사장치(70)를 수납한 에너지빔조사실(226), 절연막형성장치(74)를 수납한 절연막형성실(227), 연마장치(76)를 수납한 연마실(228) 및 소정의 위치에 복수의 스톡야드 (임시탑재실)(230)를 방사형상으로 설치하고, 다시 로드·언로드실(232)과 반송실(222) 사이에 내부에 주행로봇(234)을 배치한 제 2 반송실(236)을 배치하고, 또한 각 운전정보를 각 컴퓨터 사이에서 정보교환하여 공정을 일체로 하여 최적화하는 공정관리컴퓨터(238)를 구비한 것이다.
이 배선형성장치에 의하면, 분산액공급장치(62)를 수납한 분산액공급실 (224), 예비건조장치(66)를 수납한 예비건조실(225), 에너지빔조사장치(70)를 수납한 에너지빔조사실(226) 등을 유닛화할 수 있고, 또 분산액공급작업, 에너지빔조사작업의 각 작업을 개별로 행하고, 또한 이들의 작업을 조합하여 배선형성처리를 행할 수 있다.
(실시예 1)
유기음이온성물질로서 올레인산을 사용하고, 금속원으로서 아세트산은을 사용하였다. 용적 1L의 가지형 플라스크에 유점(留点) 2500℃의 나프텐계 고비점 용매 0.5 L를 넣고, 그 속에 아세트산은 10g과 올레인산 20g을 넣어 2400℃에서 3시간 가열하였다. 가열에 의해 색조는 무색으로부터 엷은 갈색, 다시 보라색으로 변한다. 가열 후, 아세톤을 가하여 침전정제를 행하였다.
이 변성한 분말을 투과형 전자현미경으로 관찰한 바, 입경이 10 nm의 금속초미립자로 구성되어 있었다. 또한 분말 X 선 회절을 행한 바, 금속은의 코어가 확인되었다.
이 초미립자(복합금속초미립자)로 이루어지는 분말을 톨루엔 및 크실렌으로 분산시킨 바, 어느 경우에도 침전은 확인되지 않고 투명한 상태가 되었다. 즉 가용화상태로 되어 있는 것이 확인되었다. 이것을 초미립자분산액으로 하여 상기한 방법에 의해 기판에 대하여 적용한 바, 양호한 은배선이 형성되었다. 이것의 저항치를 측정한 바, 1.8 μΩ·cm 이었다.
(실시예 2)
유기음이온성물질로서 스테아린산을 사용하고, 금속원으로서 탄산구리를 사용하였다. 용적 1L의 가지형 플라스크에 유점 250℃의 파라핀계 고비점용매 0.5L를 넣고, 그 속에 탄산구리 10g과 스테아린산 40g을 넣어 300℃에서 3시간 가열하였다. 가열에 의해 색조는 엷은 녹색으로부터 짙은 녹색, 다시 갈색으로 변하였다. 가열 후, 메탄올을 가하여 침전정제를 행하였다. 이 초미립자(복합금속초미립자)로 이루어지는 분말을 실시예 1과 동일한 방법에 의해 기판에 대하여 적용한 바, 양호한 구리배선이 형성되었다.
(실시예 3)
유기음이온성 물질로서 도데실벤젠술폰산 나트륨을 사용하고, 금속원으로서 염화금산을 사용하였다. 용적 1L의 가지형 플라스크에 크실렌(이성체 혼합품) 0.5 L 를 넣고, 그 속에 염화금산 5g과 도데실벤젠술폰산 나트륨 20g을 넣어 1500℃에서 3시간 가열하였다. 가열에 의해 색조는 노란색으로부터 엷은 갈색, 다시 적색으로 변하였다. 가열 후, 아세톤을 가하여 침전정제를 행하였다.
이 초미립자(복합금속초미립자)로 이루어지는 분말을 실시예 1과 동일한 방법에 의해 기판에 대하여 적용한 바, 양호한 금배선이 형성되었다.
(실시예 4)
진공증발법으로 작성한 은초미립자와 나프텐산은을 테르피네올에 분산시켜 금속을 5 wt% 함유하는 분산액을 작성하였다. 다음에 실리콘기판을 스핀코터에 세트하여 450 rpm으로 회전시켜, 그 위쪽으로부터 상기 은초미립자분산액을 적하하여 스핀코팅을 행하여 기판의 표면에 분산액막을 작성하였다. 이 기판을 대기 중 150℃에서 60분간 가열하여 분산액막 중의 유기용매를 증발시켜 기판의 표면에 코팅층을 형성하였다. 그리고 이 기판의 표면에 형성한 코팅층에 N2통기하에서 전자선을 70 kV에서 60초간 조사하여 유기물을 제거한 은박막을 얻었다.
(실시예 5)
나프텐산구리를 톨루엔에 분산시켜 금속을 5 wt% 함유하는 분산액을 작성하였다. 다음에 실리콘기판을 스핀코터에 세트하여 450 rpm으로 회전시켜 그 위쪽으로부터 상기 분산액을 적하하여 스핀코팅을 행하여 기판의 표면에 분산액막을 작성하였다. 이 기판을 대기 중 100℃에서 30분간 가열하여 분산액막 중의 유기용매를 증발시켜 기판의 표면에 코팅층을 형성하였다. 그리고 이 기판의 표면에 형성한 코팅층에 N2통기하에서 전자선을 70 kV로 60초간 조사하여 유기물을 제거한 구리박막을 얻었다.
(실시예 6)
나프텐산구리와 구리분말을 톨루엔에 분산시켜 금속을 5 wt% 함유하는 분산액을 작성하였다. 그리고 실시예 2와 동일한 방법으로 구리박막을 얻었다.
(실시예 7)
진공증발법에 의해 작성한 은초미립자와 나프텐산구리 및 은분말을 톨루엔에 분산시켜 금속을 50 wt% 함유하는 분산액을 작성하였다. 다음에 실리콘기판을 스크린인쇄기에 세트하여 이 표면에 은초미립자의 분산액을 도포(인쇄)하여 분산액막을 작성하였다. 이 기판을 대기 중 150℃에서 60분간 가열하여 분산액막 중의 유기용매를 증발시켜 10㎛의 코팅층을 형성하였다. 그리고 이 기판의 표면에 형성한코팅층에 N2통기하에서 전자선을 70 kV로 120초간 조사하여 유기물을 제거한 5 ㎛의 은박막을 얻었다.
(실시예 8)
진공증발법으로 작성한 은초미립자를 테르피네올에 분산시켜 평균 입경 5 nm의 은초미립자를 15 wt% 함유하는 은초미립자의 분산액을 작성하였다. 다음에 이 은초미립자분산액을 사용하여 실리콘기판 위의 비아홀을 처리하였다. 이 기판은 실리콘기판에 절연막으로서 SiO2의 절연층을 가지고 그곳에 구멍지름 0.15㎛ (종횡비 5)의 비아홀을 뚫은 것으로 비어홀내를 포함하는 기판 표면에는 TaN의 배리어메탈이 0.02㎛ 형성되어 있다. 다음에 실리콘기판을 스핀코터에 세트하여 450 rpm으로 회전시켜 그 위쪽으로부터 상기 은초미립자분산액을 적하하여 스핀코팅을 행하여 기판의 표면에 막 두께 8㎛의 분산액막을 작성하였다. 이 기판을 대기 중 100℃에서 10분간 가열하여 분산액 중의 유기용매를 증발시켜 기판의 표면에 코팅층을 형성하였다. 그리고 이 기판에 형성한 코팅층에 N2통기하에서 전자선을 70 kV로 120초간 조사하여 유기물을 제거하여 비어홀을 완전히 메운 은박막을 얻었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 품질이 좋은 금속박막을 효율 좋고 안정적으로 형성할 수 있어 이 금속박막을 반도체회로의 고집적화에 대응하는 금속배선으로서 사용함으로써, 반도체디바이스의 제조방법의 진보에 기여할 수 있다.
본 발명은 반도체 그 밖의 기판의 표면에 구리나 은 등의 금속박막을 성막하는 금속박막의 성막방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 품질이 좋은 금속박막을 효율 좋고 안정적으로 형성할 수 있어 이 금속박막을 반도체회로의 고집적화에 대응하는 금속배선으로서 사용함으로써, 반도체디바이스의 제조방법의 진보에 기여할 수 있다.

Claims (15)

  1. 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 준비하는 공정과;
    상기 분산액을 기판의 표면에 도포하여 용매를 증발시켜 코팅층을 형성하는 공정과;
    상기 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분산액 중에 금속분말을 분산시킨 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  3. 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 준비하는 공정과;
    상기 분산액을 기판의 표면에 도포하여 용매를 증발시켜 코팅층을 형성하는 공정과;
    상기 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 해당 코팅층에 포함되는 금속을 결합시켜 금속패턴을 형성하는 공정과;
    상기 기판의 표면에 남은 금속함유 유기화합물을 용매로 용해하여 제거하는공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    기판의 표면에 절연막을 형성하는 공정과, 그 절연막의 표면을 화학기계연마처리하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속함유 유기화합물은 평균 입경이 1 내지 100 nm의 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부와, 해당 코어부에 화학적으로 결합한 유기물로 이루어지는 피복층으로 이루어지는 복합금속 초미립자 및/또는 금속착체인 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 실질적으로 금속성분으로 이루어지는 코어부의 평균 입경이 1 내지 20 nm 인 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지빔이 전자선이며, 공기 중, 불활성가스 중 또는 진공 중에서 그에너지빔의 조사를 행하는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 성막방법에 의해 형성된 배선을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  9. 금속함유 유기화합물을 소정의 용매에 분산시킨 분산액을 기판의 표면에 도포하는 분산액 공급장치와;
    상기 기판의 표면에 도포한 분산액 중의 용매를 증발시켜 형성한 코팅층에 에너지빔을 조사하여 조사부위에 위치하는 코팅층에 포함되는 유기물을 분해 제거하여 그 코팅층에 포함되는 금속을 결합시키는 에너지빔 조사장치를 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    기판의 표면에 절연막을 형성하는 절연막형성장치와, 기판의 표면에 화학기계연마처리를 행하여 여분의 절연막을 제거하는 연마장치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 분산액공급장치는 상기 기판의 표면에 도포한 금속함유 유기화합물 중의 용매증발도 행하는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 도포한 금속함유 유기화합물 중의 용매를 예비건조시키는 예비건조장치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 장치가 기판의 흐름방향을 따라, 옥내설비내에 시퀀스형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  14. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 장치가 내부에 반송로봇을 배치한 중앙의 반송실을 중심으로 하여 방사형상으로 배치한 각 챔버에 개별로 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 각 장치를 피드백관리로 제어하는 컴퓨터를 더 가지는 것을 특징으로 하는 금속박막의 성막장치.
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